Giáo trình Quá trình Công nghệ nước và Nước thải - Phạm Anh Đức

88 trang huongle 2570

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Quá trình Công nghệ nước và Nước thải - Phạm Anh Đức", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_qua_trinh_cong_nghe_nuoc_va_nuoc_thai_pham_anh_du.pdf

Nội dung text: Giáo trình Quá trình Công nghệ nước và Nước thải - Phạm Anh Đức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG # " MÔN HỌC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI GIẢNG VIÊN: ThS. PHẠM ANH ĐỨC
4/17/2010 QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ NƢỚC QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ NƢỚC VÀ NƢỚC THẢI VÀ NƢỚC THẢI Phạm Anh Đức Lê Văn Cát. 2002. Hấp phụ và Trao đổi Ion trong Kỹ Khoa Mơi trƣờng và BJLĐ thuật Xử lý nước và Nước thải. NXB Thống kê. Hà Nội. Đại học Tơn Đức Thắng Nguyễn Văn Lua. 2005. Quá trình và Thiết bị Cơng nghệ Hĩa học và Thực phẩm – Tập 1: Khuấy và Lắng lọc. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM. Tp.HCM. QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ NƢỚC QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ NƢỚC VÀ NƢỚC THẢI VÀ NƢỚC THẢI Phạm Anh Đức. 2008. Bài giảng Quá trình Cơng nghệ Trung tâm Đào tạo Ngành nƣớc và Mơi trƣờng. 1999. nước và Nước thải. Đại học Tơn Đức Thắng. Tp.HCM Sổ tay Xử lý nước – Tập 1. NXB Xây dựng. Hà Nội. T. H. Dũng, N. V. Lục, V. B. Minh, H. M. Nam. 2005. Trung tâm Đào tạo Ngành nƣớc và Mơi trƣờng. 2008. Quá trình và Thiết bị Cơng nghệ Hĩa học và Thực Sổ tay Xử lý nước – Tập 2. NXB Xây dựng. Hà Nội. phẩm – Tập 2: Phân riêng bằng Khí động, Lực ly tâm, Bơm quạt, Máy nén, Tính hệ thống Đường ống. NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM. Tp.HCM. 1
4/17/2010 Chƣơng 1. QUÁ TRÌNH KEO TỤ - TẠO 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG BƠNG 1.1.1. Huyền phù và chất keo 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.2. Loại bỏ huyền phù dạng keo 1.2. CÁC CHẤT PHẢN ỨNG 1.1.3. Các giai đoạn keo tụ 1.3. KẾT BƠNG TIẾP XÚC VỚI BÙN 1.1.4. Chất làm keo tụ 1.1.5. Chất làm kết bơng 1.1.2. Loại bỏ huyền phù dạng keo 1.1.1. Huyền phù và chất keo Định nghĩa Tính ổn định của huyền phù dạng keo – Tính cần thiết của keo tụ Nƣớc chứa nhiều hợp chất đƣợc chia làm 3 loại: Lý thuyết lớp kép Chất huyền phù lơ lửng (MES): Các chất này cĩ nguồn Thế năng Zeta gốc vơ cơ hay hữu cơ. Chất keo (< 1 m): Nguồn gốc nhƣ trên, nhƣng cĩ kích thƣớc nhỏ hơn mà quá trình lắng hết sức chậm. Chất hịa tan (nhỏ hơn vài nm): Nĩi chung, chúng là các cation và anion, và một phần chất hữu cơ dạng hịa tan và các khí nhƣ O2, CO2, H2S 2
4/17/2010 1.1.3. Các giai đoạn keo tụ 1.1.4. Chất làm keo tụ Sự keo tụ Trung hịa điện tích âm bề mặt của chất keo thực hiện bằng cách cho thêm cation vào trƣờng hợp làm keo tụ Tầm quan trọng của gradient tốc độ khống chất. Thời gian keo tụ và kết bơng Sự keo tụ càng hiệu quả hơn khi hĩa trị của cation càng cao (lý thuyết Schulze Hardy: một ion hĩa trị 3 cĩ tác dụng gấp 10 lần một ion hĩa trị 2). Lựa chọn chất làm đơng tụ phải chú ý tới tính khơng độc hại của chất đã chọn và giá thành. Nhƣ muối của sắt và nhơm hĩa trị 2 đƣợc sử dụng trong tất cả các xử lý keo tụ nƣớc. 1.1.5. Chất làm kết bơng 1.1.5. Chất làm kết bơng Các polymer vơ cơ (silic hoạt tính) và polymer tự nhiên. Thời gian này phụ thuộc vào bản chất của keo, và Nhƣng sự xuất hiện của các polymer tổng hợp rất nhiệt độ của nƣớc tự nhiên. ể ể ự ệ ủ phong phú làm phát tri n đáng k s hồn thi n c a Tham số chính cần phải xem xét là kích thƣớc, ấ ạ ế các ch t t o k t bơng. sự liên kết của các cục vĩn và tốc độ lắng. ỷ ệ ử ữ ƣợ ị ƣ ở T l x lý h u ích cũng đ c xác đ nh nh Sử dụng chất làm kết bơng tổng hợp thƣờng ụ keo t . đƣa tới lƣợng bùn nhỏ. ờ ữ ấ ụ Th i gian gi a lúc cho thêm ch t làm keo t và Phối hợp các phƣơng pháp tách hiện đại cĩ thể ế ả ọ ầ k t bơng ph i tơn tr ng hàng đ u. sản sinh ra bùn đặc cĩ khả năng xử lý trực tiếp qua các Thực vậy, một chất làm kết bơng chỉ cĩ hiệu quả phân xƣởng làm khơ bùn. khi pha keo tụ kết thúc. 3
4/17/2010 1.2. CÁC CHẤT PHẢN ỨNG 1.2.1. Chất làm keo tụ vơ cơ 1.2.1. Chất làm keo tụ vơ cơ Muối nhơm Polymer nhơm 1.2.2. Chất phụ gia kết bơng “tự nhiên” Muối sắt 1.2.3. Các chất keo tụ hữu cơ tổng hợp Các chất làm keo tụ vơ cơ khác 1.2.4. Chất kết bơng tổng hợp 1.2.2. Chất phụ gia kết bơng “tự nhiên” 1.2.3. Các chất keo tụ hữu cơ tổng hợp Chất kết bơng vơ cơ Đĩ là các sản phẩm hữu cơ tổng hợp cĩ khối lƣợng 4 5 Chất kết bơng hữu cơ (polymer tự nhiên) phân tử trung bình (10 – 10 ). Trong mơi trƣờng nƣớc chúng chỉ cĩ dạng lỏng. Chúng cĩ thể sử dụng trực tiếp (khơng cĩ trạm điều chế), thay thế tồn bộ hay từng phần chất đơng tụ vơ cơ. Chúng bị thải sau khi hịa tan. 4
4/17/2010 1.2.3. Các chất keo tụ hữu cơ tổng hợp 1.2.3. Các chất keo tụ hữu cơ tổng hợp Phân loại Sử dụng các chất đơng tụ hữu cơ làm giảm đáng kể thể tích bùn. Bùn lấy ra đặc hơn, nhƣng cũng dính Lĩnh vực áp dụng hơn. Sự đồng vận với một số chất keo tụ vơ cơ Do vậy, ứng dụng của chúng khơng phải thích hợp cho bất kz cơng trình nào. Chất kết bơng hữu cơ chỉ làm thay đổi rất ít giá trị pH và tăng thêm rất ít độ muối. 1.2.4. Chất kết bơng tổng hợp 1.2.4. Chất kết bơng tổng hợp Đĩ là các đại phân tử nối dài các mắt xích thu đƣợc do Phân loại kết hợp cac đơn phân tử tổng hợp, trong đĩ một số Sử dụng tích điện hay nhĩm khả năng ion hĩa. Chúng cĩ khối lƣợng phân tử rất cao (106 – 107), Lĩnh vực áp dụng cho phép đạt đƣợc hiệu quả lớn hơn rất nhiều so với polymer tự nhiên. 5
4/17/2010 1.3. KẾT BƠNG TIẾP XÚC VỚI BÙN Chƣơng 2. KẾT TỦA HĨA HỌC Tự học 2.1. LOẠI BỎ CALCIUM VÀ MAGNESIUM 2.2. KẾT TỦA (PRECIPITATION) SILIC 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI 2.4. CÁC LOẠI LIÊN KẾT 2.5. ỨC CHẾ KẾT TỦA 2.1. LOẠI BỎ CALCIUM VÀ MAGNESIUM 2.1.1. Các phƣơng pháp chính 2.1.1. Các phƣơng pháp chính Cơ chế kết tủa 2.1.2. Tính và kiểm tra kết tủa (thu đƣợc một Sử dụng carbonate natri TAC cực tiểu) Kết tủa bằng NaOH 6
4/17/2010 2.1.2. Tính và kiểm tra kết tủa (thu đƣợc một TAC cực tiểu) 2.2. KẾT TỦA SILIC Liều lƣợng vơi Loại bỏ silic bằng Mg II Liều lƣợng carbonate natri Loại bỏ silic bằng aluminate natri Liều lƣợng NaOH Loại bỏ silic bằng Chlorua sắt III Keo silic 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI Đĩ là sự kết tủa của kim loại hịa tan thƣờng gặp chủ Phƣơng pháp thƣờng dùng nhất là làm kết tủa kim yếu trong các chất thải của nhà máy xử lý bề mặt kim loại dƣới dạng hydroxide bằng cách trung hịa đơn loại, sự ngâm chiết của cơng nghiệp thủy luyện kim, giản các chất thải acid. nƣớc làm sạch khí đốt than và lị thiêu rác sinh hoạt. Giá trị pH kết tủa cực đại của tất cả kim loại khơng trùng nhau, ta tìm một vùng tối ƣu của pH, giá trị từ 7 – 10,5 tùy theo giá trị cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại mà khơng gây độc hại. 7
4/17/2010 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI Cùng kết tủa với carbonate dƣới dạng hydroxide Mức độ dƣ thừa kim loại (Cd, Ag, Hg) ở một số nƣớc carbonate ít hịa tan, mức loại bỏ cĩ thể đƣợc cải rất nghiêm ngặt và giảm hàm lƣợng xuống nhỏ hơn thiện, đĩ là trƣờng hợp của chì. 100 g/l. Giá trị dƣ kim loại ion hĩa thay đổi từ 0,1 – 2 Sự kết tủa thực hiện dƣới dạng hợp chất chứa lƣu mg/l tùy theo kim loại và khơng phụ thuộc vào huznh rất ít tan làm kết tủa các kim loại phức yếu hydroxide, chúng vẫn ở trạng thái keo phân tán tùy (ammonia hoặc một số phức chất của hữu cơ) và trong theo chất lƣợng kết bơng và lắng. vùng thu hẹp pH. 2.3. KẾT TỦA KIM LOẠI 2.4. CÁC LOẠI LIÊN KẾT Kết tủa này nhận đƣợc: Sulphate - Từ Na2S và dƣới dạng keo sulfua yêu cầu phải cĩ đồng thời hydroxide sắt để kết bơng. Florua - Hoặc từ dẫn xuất của methanol hữu cơ làm kết Phosphate bơng dễ dàng hơn. Ở trạng thái trung gian, ta cĩ thể tận dụng sự dƣ thừa của một loại cation kim loại: Fe3+ hay Al3+ cho phép hấp thụ (Cd, Se, ngay cả B, As) hay quay trở về phía trƣớc thành một chất oxy hĩa mạnh để phá vỡ các phức mạnh nhƣ acid ethylen diamin acetic (EDTA). 8
4/17/2010 2.5. ỨC CHẾ KẾT TỦA 2.5. ỨC CHẾ KẾT TỦA Kết tủa hĩa học cĩ thể bị hãm lại bởi một số chất cĩ sẵn trong nƣớc. 2.5.1. Ức chế tự nhiên Đĩ là sự ức chế tự nhiên, nĩ gây nhiều phiền 2.5.2. Ức chế sự phân tán phức đến kết tủa mong muốn. Ngƣợc lại, khi ta muốn tránh kết tủa thì sự ức chế này đƣợc tạo thành bằng cách cho thêm chất ức chế. 2.5.1. Ức chế tự nhiên 2.5.2. Ức chế sự phân tán Hợp chất vơ cơ hay hữu cơ cĩ mặt đồng thời cĩ thể Những tính chất chính ạ ợ ấ ƣơ ố ớ t o nên các h p ch t hịa tan t ng đ i v i các Các hợp chất chính ion để kết tủa, hoặc phân tán các sản phẩm kết tủa, hạn chế chúng bằng cách làm chậm lại hay dịch chuyển độ hịa tan. 9
4/17/2010 3.1. CÁC LOẠI LẮNG KHÁC NHAU Chƣơng 3. QUÁ TRÌNH LẮNG Ngƣời ta phân biệt các loại lắng theo chất cĩ thể lắng đƣợc nhƣ sau: 3.1. CÁC LOẠI LẮNG KHÁC NHAU - Các phần tử kết hạt lắng độc lập với nhau với tốc độ 3.2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẮNG rơi khơng đổi; 3.3. LẮNG TẦNG 3.1. CÁC LOẠI LẮNG KHÁC NHAU 3.1. CÁC LOẠI LẮNG KHÁC NHAU - Các phần tử kết bơng ít nhiều cĩ kích thƣớc và tốc độ lắng thay đổi. Khi nồng độ nhỏ, tốc độ rơi tăng dần nhƣ gia 3.1.1. Lắng các phần tử kết hạt tăng kích thƣớc của các cục vĩn do va chạm với các phần tử khác. Đĩ là sự lắng khuếch tán. 3.1.2. Lắng khuếch tán các hạt kết bơng Đối với nồng độ cao hơn, cĩ nhiều cục vĩn tạo 3.1.3. Lắng piston ra một sự lắng của một tập hợp bị hãm lại, thƣờng đặc trƣng nhất bằng mặt phân cách giữa bùn và chất lỏng nổi. Đĩ là biện pháp piston. 10
4/17/2010 3.1.1. Lắng các phần tử kết hạt 3.1.2. Lắng khuếch tán các hạt kết bơng Khi lắng, quá trình kết bơng vẫn tiếp tục, tốc độ đĩng cặn V của các hạt tăng lên. Lý thuyết chung 0 Chế độ thủy lực Hệ số dạng hình cầu V1 Vùng Điều kiện giữ các hạt cát Vùng V2 Bể lắng đứng vào ra Bể lắng ngang Vùng chứa bùn Sơ đồ lắng dịng ngang (hạt kết bơng) 3.1.2. Lắng khuếch tán các hạt kết bơng 3.1.2. Lắng khuếch tán các hạt kết bơng 0 Quá trình này xảy ra ngay từ khi nồng độ chất kết 70 bơng lớn hơn khoảng 50 mg/l. 0,6 60 50 Hiệu quả lắng khuếch tán liên quan khơng 30 những tới lƣu lƣợng thủy lực mà cịn ở thời gian tiếp 1,2 Độ lắng đọng 40 xúc. 1,8 Khơng cĩ một cơng thức tốn học nào để tính tốn tốc độ lắng. Tốc độ này biết đƣợc từ các thực nghiệm và phƣơng pháp đồ thị. 10 30 50 100 Hình 4 trình bày các kết quả của một phép thử. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và chiều cao bể lắng đến sự loại bỏ các phần tử kết bơng trong lắng khuếch tán. Trục tung: Chiều cao (m); Trục hồnh: Thời gian (phút) 11
4/17/2010 3.1.3. Lắng piston 3.2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẮNG Ngay khi nồng độ các phần tử kết bơng đủ lớn, sự Diện tích của một bể lắng đƣợc xác định bằng hai tiêu tƣơng tác giữa chúng khơng bỏ qua đƣợc. chuẩn: Sự lắng bị hãm lại, các hạt liên kết với nhau và - Lƣu lƣợng thủy lực bề mặt đặc trƣng bằng thể tích khối lƣợng lắng piston với sự hình thành một mặt chất thải cần phải xử lý trên một đơn vị diện tích và phân cách rõ giữa các chất đơng kết và chất lỏng nổi. thời gian (m3/m2.h); Hiện tƣợng này là đặc tính của bùn hoạt tính và - Dịng khối đặc trƣng số lƣợng huyền phù phải lắng sự loại bỏ kết bơng hĩa học khi nồng độ của chúng trên một đơn vị diện tích và thời gian (kg/m2.h). lớn hơn 500 mg/l. 3.2.1. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng thủy lực bề 3.2. TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẮNG mặt 3.2.1. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng thủy lực bề Lƣu lƣợng này liên quan trực tiếp đến sự lắng MES. mặt Các mục trƣớc đã chỉ ra rằng: tốc độ này đƣợc 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB xác định bằng luật Stokes trong trƣờng hợp các hạt và cĩ thể đánh giá dễ dàng trong trƣờng hợp lắng khuếch 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng tán các phần tử kết tủa. Định kích thƣớc bể lắng trong mọi trƣờng hợp chỉ phụ thuộc vào lƣu lƣợng thủy lực bề mặt. 12
4/17/2010 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB Trong trƣờng hợp lắng chậm các hạt kết bơng, ở đây Khi khơng cĩ phản ứng hĩa học hoặc sinh học ảnh hiện tƣợng cơ đặc lắng. hƣởng đến nồng độ MES và nhƣ hiệu suất loại bỏ là 100%, ta cĩ: Cho một bể lắng tiết diện S đƣợc cấp một lƣu - Lƣu lƣợng xử lý Q = Q – Q ; lƣợng vào QE với nồng độ MES là CE, bùn đƣợc lấy ra E S từ ở phần dƣới với lƣu lƣợng Q , nồng độ C . S S - Cân bằng vật chất QSCS = QECE hay dịng khối QSCS QEQE = S S 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB Dịng khối lắng đƣợc cho trong đƣờng cong Kynch. Hình 8 chỉ ra sự thay đổi của các dịng khối khác nhau. Đối với điểm đặc biệt của đƣờng cong Kynch cĩ Dịng khối F của một cực tiểu FL kết hợp với nồng độ nồng độ Ci, tốc độ lắng Vi cho bằng độ dốc của đƣờng tới hạn CL, đƣa tiết diện nhỏ nhất Sm cho bể lắng: cong tại điểm này tƣơng ứng với dịng khối Fi = CiVi. Sm = QECE/FL. Ở dịng khối Fi, cần phải thêm dịng lấy ra FS = CSVS với VS = QS/S. Dịng khối tồn phần F = CiVi + CSVS. 13
4/17/2010 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB Điều đặc biệt L đƣợc xác định trực tiếp trên đƣờng Dịng khối giới hạn FL ở điểm L là: cong dịng khối F (Hình 8c) bằng: QE.CE 1 (dF/dCi)L = (dFi/dCi) + Vs = 0 FL = CL(VL + VS) = CL(VL + . ) Điểm L là điểm của đƣờng cong khối Fi mà tg của gĩc S CS nghiêng tại điểm đĩ bằng giá trị tuyệt đối của tốc độ VL là tốc độ lắng ở điểm L để cho quá trình lắng cĩ thể lấy ra Vs (Hình 8a.). Kết quả này cĩ thể biểu thị sự khác xảy ra hoặc: nhau khi quan sát đƣờng cong Kynch. QECE VL < S 1/CL – 1/CS 3.2.2. Ảnh hƣởng của dịng khối IB 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng FI =CIVI F = FI + FS Trong thực tế khơng cĩ bể lắng lý tƣởng, các dịng chảy sinh ra trong lịng chất lỏng, giĩ cĩ thể tạo nên sĩng bề mặt, dịng đối lƣu liên quan đến sự chênh lệch nhiệt độ các vùng và mật độ sử dụng hiệu quả của lắng. F F L L L Cần phải cố gắng đạt đƣợc nhiều nhƣ cĩ thể L CI tuần hồn lớp và đặc tính ổn định bằng giá trị thích VS VS CI VS hợp số Reynold: V.dh CL CS CL CI R* = (a) (b) (c) e  Hình 8. Đường cong dịng khối 14
4/17/2010 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng * Trong đĩ: R e là số Raynold đặc trƣng cho Chú ý: bán kính thủy lực rh của một ống dẫn đƣợc xác dịng chảy; định bằng cơng thức: V là tốc độ dịng chảy của nƣớc rh = (Diện tích thấm nƣớc)/(Chu vi thấm nƣớc) (m/s); Trong trƣờng hợp ống dẫn trịn đều, đƣờng kính thủy dh là đƣờng kính thủy lực tƣơng lực chính là đƣờng kính ống dẫn. ƣơ đ ng m; Giá trị số của Raynold phụ thuộc vào sự lựa  là độ nhớt của nƣớc m/s. chọn rh hay dh theo định nghĩa. Với dh = 4(Diện tích thấm nƣớc)/(Chu vi thấm nƣớc); Thực tế, chế độ đã quan sát xem nhƣ chảy tầng * khi R e < 800. 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng Vả lại, số Froude cho phép đánh giá tính ổn định Dịng chảy càng ổn định, sự phân bố tốc độ càng giống của một quá trình lƣu thơng khi dịng chảy bị ảnh nhau trên mọi tiết diện của bể chứa. Dịng ổn định hƣởng chủ yếu bởi lực hấp dẫn và quán tính: đƣợc đặc trƣng bằng số Froude cao. V2 Thực tế, ta cĩ thể xác định tỷ số H/L hay H/R; H: là Fr = chiều cao thấm nƣớc của bể lắng chữ nhật cĩ chiều dài L hay bể lắng trịn cĩ bán kính R, bằng cách giữ gdh trong 2 giờ. Schumitt Bregas đã đƣa ra kết quả cho: 15
4/17/2010 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng - Bể lắng chữ nhật dịng chảy ngang: Trong trƣờng hợp nƣớc hoặc chất lỏng mang nhiều ề ướ ậ ặ ể 1/35 < H/L < 1/20; huy n phù, “dịng n c đ m đ c” cĩ th gây nên nhiều sự phân phối khơng phù hợp với tốc độ. - Bể lắng trịn: 1/8 < H/R < 1/6; Ví dụ nhƣ trƣờng hợp bể lắng chữ nhật quy Hình dạng cơng trình, tổ chức thiết bị cấp nƣớc tự ƣớc đã dùng quá lâu để lọc trong các chất lỏng chứa nhiên và thu gom nƣớc xử l{ cũng nhƣ phƣơng pháp bùn hoạt tính (Hình 9). thải bùn cĩ ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất thủy lực của bể lắng. 3.2.3. Cấu trúc của bể lắng 3.3. LẮNG TẦNG Các dịng chất lỏng đối lƣu gãy do tác dụng của nhiệt độ (mặt trời chiếu sáng, nƣớc nĩng) và các nhiễu loạn do dao động của muối (nƣớc cửa sơng, nƣớc thải cơng Tự học nghiệp) dùng để tính tốn xác định kích thƣớc bể lắng (cũng nhƣ sử dụng). 2 1 3 16
4/17/2010 Chƣơng 4. QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI 4.1. TÍNH NỔI VÀ TỐC ĐỘ DÂNG NƢỚC 4.1. TÍNH NỔI VÀ TỐC ĐỘ DÂNG NƢỚC 4.1.1. Khái quát 4.2. TUYỂN NỔI TỰ NHIÊN VÀ TUYỂN NỔI 4.1.2. Kích thƣớc và tốc độ các bọt khí Ọ B T 4.1.3. Sự mĩc nối hạt vào bọt khí 4.3. TUYỂN NỔI CƠ HỌC VÀ TẠO BỌT 4.4. TUYỂN NỔI BẰNG BỌT KHÍ NHỎ 4.1.1. Khái quát 4.1.1. Khái quát Ngƣợc lại với lắng, tuyển nổi là một phƣơng pháp - Tuyển nổi gọi là kích hoạt, khi tỷ trọng của các hạt tách rắn-lỏng hay lỏng-lỏng tác động lên các hạt cĩ lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng, ta tìm cách giảm tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng chứa nĩ. nhân tạo tỷ trọng các hạt này bằng cách lợi dụng - Nếu sự khác nhau tỷ trọng đƣơng nhiên đủ để tách, khả năng mà một số hạt rắn (lỏng) liên kết với các ta gọi là tuyển nổi tự nhiên; bọt khí để tạo nên các “hạt khí” lỗng hơn chất lỏng mà chúng tạo ra pha phân tán. - Tuyển nổi gọi là trợ giúp, nếu nĩ sử dụng phƣơng tiện ngồi để cải thiện việc tách các hạt cĩ khả Vậy hiện tƣợng sử dụng trên gọi là hiện tƣợng 3 năng nổi; pha (khí-lỏng-rắn), nĩ phụ thuộc vào đặc tính hĩa lý của 3 pha, đặc biệt là sự phân cách. 17
4/17/2010 4.1.2. Kích thƣớc và tốc độ các bọt khí 4.1.2. Kích thƣớc và tốc độ các bọt khí Thuật ngữ Tốc độ nổi lên của các bọt khí trong nước chảy tầng cho bởi phương trình Stokes. Trong lĩnh vực xử lý nƣớc dùng thuật ngữ tuyển nổi, tuyển nổi kích hoạt sử dụng các bọt khí, bọt khí V = g/18( – )d2 l g rất nhỏ cĩ đƣờng kính 40 – 70 m tƣơng tự nhƣ Trong đĩ: d là đƣờng kính bọt khí; ở trong “nước trắng” đƣợc cấp từ vịi nƣớc của mạng cấp nƣớc dƣới áp suất mạnh. g là tỷ trọng khí; Đĩ là phƣơng pháp tuyển nổi khí hịa tan. l là tỷ trọng chất lỏng;  là độ nhớt động lực. 4.1.2. Kích thƣớc và tốc độ các bọt khí 4.1.2. Kích thƣớc và tốc độ các bọt khí 0,50 Ngƣợc lại trong luyện kim ta cho từ tuyển nổi cơ học Hình 1. Tốc độ nổi của bọt 0,30 dùng khí phân tán tạo ra các bọt cĩ đƣờng kính 0,2 khí trong – 2 mm. nước. 0,10 0,05 Các ứng dụng rất phong phú. Hình 1 chỉ ra sự thay Trục tung: Tốc 0,04 đổi tốc độ nổi lên của bọt khí phụ thuộc vào độ; Trục 0,03 hồnh: Kích 0,02 đƣờng kính của chúng. thước của 0,01 hạt (mm). Các bọt khí từ 50 m cĩ tốc độ nổi cỡ 6 m/h, trong 1. Pháp khi đĩ các bọt đƣờng kính vài mm cĩ tốc độ lớn tuyến nối cơ học. hơn 100 lần. 0,01 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 50 1 FAD 18
4/17/2010 4.1.3. Sự mĩc nối hạt vào bọt khí 4.2. TUYỂN NỔI TỰ NHIÊN VÀ TUYỂN NỔI BỌT Tốc độ nổi Đánh giá tổng quát về kích thƣớc của bọt khí Tách các cục đơng tụ 4.2.1. Tuyển nổi tự nhiên Tầm quan trọng về chất lƣợng của chất kết tủa bơng Kết bơng sinh học 4.2.2. Tuyển nổi bọt 4.2.1. Tuyển nổi tự nhiên 4.2.1. Tuyển nổi tự nhiên 100 Hình 2. Tốc độ nổi của giọt dầu Tuyển nổi tự nhiên thƣờng dùng trong tất cả các quá 50 trong nước 0,85 trình loại bỏ sơ bộ dầu mỡ. 0,90 Trục tung: Tốc độ 30 Hình 2 chỉ ra tốc độ nổi của các giọt hydrocarbua cĩ 20 (mm/s); Trục 0.95 ườ ƣớ hồnh: Đ ng kích th c khác nhau. kính của giọt 10 Các giá trị dùng để làm cơ sở tính tốn loại bỏ dầu. dầu tĩnh. 5 1. Nước trong ở 0 3 15 C; Tỷ khối: 2 0,85; 0,90; 0,95. 1 0,1 0,15 0,2 0,5 1 2 19
4/17/2010 4.2.2. Tuyển nổi bọt 4.2.2. Tuyển nổi bọt Vấn đề tuyển nổi tự nhiên thích hợp bằng việc thổi Để loại bỏ sơ bộ mỡ, khơng khí đƣợc thổi từ các vịi bọt khí vào giữa khối lỏng. phun tạo bọt trung bình (2 – 4 mm) gây nên một Phƣơng pháp này cĩ liên quan đến việc tách mỡ dịng xốy để tách các hạt cặn vơ cơ hay hữu cơ (hạt rắn) phân tán trong chất lỏng (nƣớc thải). đơng tụ với mỡ (Hình 3). Nĩi chung cơng trình gồm hai phần, một vùng trộn Để loại bỏ mỡ mạnh hơn, khơng khí đƣợc phun và tạo nhũ, vùng khác yên lặng hơn gọi là vùng vào thành các hạt nhỏ (0,5 – 1 mm) bằng một máy tuyển nổi. sục khí nhúng chìm, phần chuyển động thủy lực của thiết bị bảo đảm trộn và tách loại nữa. Hiệu quả bay lên của bọt khí kéo theo các hạt bề mặt và làm dễ dàng cho việc tích tụ chúng lại. 4.2.2. Tuyển nổi bọt 4.3. TUYỂN NỔI CƠ HỌC VÀ TẠO BỌT 2 2 Phƣơng pháp này thích hợp với việc tạo ra các lỗ 3 trống khác nhau trong phƣơng pháp tuyển nổi khí bằng hịa tan. Hình 3. Nguyên lý loại bỏ mỡ bằng tuyển Kích thƣớc và mật độ các hạt rắn, và của bọt sử nổi bọt dụng, điều kiện trộn. 1. Vùng tuyển tự nhiên; Các chất phản ứng đặc biệt dùng để làm thay đổi 2. Mỡ; sức căng bề mặt. 3. khơng khí; 4. Vùng mảnh vụn tách ra. 1 4 20
4/17/2010 4.3. TUYỂN NỔI CƠ HỌC VÀ TẠO BỌT 4.3. TUYỂN NỔI CƠ HỌC VÀ TẠO BỌT Sự phân tán cơ học của các bọt khí cĩ đƣờng kính từ Trong xử lý nƣớc chứa dầu (nƣớc sản xuất dầu mỏ) 0,2 – 2 mm đƣợc dùng để tách và cơ đặc bã quặng. tách bỏ dầu bằng tuyển nổi cơ học đƣợc gọi là Quặng đã nghiền cĩ kích thƣớc chung nhỏ hơn 0,2 tạo bọt. mm đƣợc loại bỏ trong nƣớc cĩ chứa các tác nhân Nĩ nhận đƣợc bằng các chất phụ gia đơng tụ hữu thu gom, tác nhân hoạt hĩa hay tác nhân cản nổi. cơ và tác nhân phá nhũ. Việc thực hiện cần số lớn các ngăn đặt nối tiếp. Thiết bị tuyển nổi gồm ba hoặc bốn thiết bị liên Mỗi ngăn trang bị một tổ hợp rotor tĩnh dùng một tiếp. năng lƣợng đáng kể, với năng lƣợng này một cụm ạ ọ ằ ổ ơ ả ể kết bơng hydroxide khơng tồn tại đƣợc. T o b t b ng cách th i khí đ n gi n cũng cĩ th dùng để tách tác nhân hoạt tính bề mặt. 4.4. TUYỂN NỔI BẰNG BỌT KHÍ NHỎ 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ Sự điều áp là kỹ thuật sản sinh ra các bọt khí nhỏ nhất 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ phổ biến. 4.4.2. Lĩnh vực sử dụng Các bọt khí thu đƣợc bằng cách làm giãn nở một dung tích nhiều khí hịa tan dƣới áp suất vài bar. Bản chất của cơ cấu giãn nở cĩ ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng của bọt khí tạo ra. 21
4/17/2010 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ Đƣờng cong trên Hình 4 chỉ ra nồng độ khí của - Trong xử lý lọc trong nƣớc mặt hay nƣớc thải cơng nƣớc bão hịa khí với áp suất khác nhau ở 200C. nghiệp, dùng điều áp gián tiếp. Lƣu lƣợng nƣớc điều áp là một phần lƣu lƣợng định mức của thiết Ngƣời ta dùng chất lỏng điều áp nhƣ khí tự nhiên bị. (điều áp trực tiếp) hay nƣớc đã xử lý tuần hồn Nĩ chiếm khoảng 10 – 50% lƣu lƣợng cần xử lý ạ ề ế l i (đi u áp gián ti p). với áp suất cỡ 3 – 6 bar. Ngƣời ta hịa tan khí với tỷ lệ 70% của nƣớc ở áp suất bão hịa. Tiêu thụ khí nén thay đổi giữa 15 và 50 lít khơng khí cho m3 nƣớc đã xử lý; 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ - Trong trƣờng hợp cơ đặc bùn (trạm lọc nƣớc 120 uống hay nƣớc thải), điều áp đƣợc thực hiện trực 100 tiếp hay gián tiếp và lƣợng khơng khí tiêu thụ lớn 80 hơn. 20 1 2 3 4 5 6 Hình 4. Độ hịa tan của khơng khí trong nước ở 200C. Trục tung: Khơng khí tập trung; Trục hồnh: Bars. 22
4/17/2010 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ 4.4.1. Cách tạo các bọt nhỏ Tuyển nổi bằng điện: Thực hiện bằng cách tạo ra các Xử lý hĩa học trƣớc nƣớc hay loại bỏ cáu cặn ở bọt (H2 hay O2) bằng điện phân nƣớc bằng các catode theo định kz cần đƣợc dự kiến trƣớc. Mật điện cực thích hợp. độ dịng điện từ 80 – 90 Ampe-h/m2 bề mặt của ể ể ổ Anode bị ăn mịn mạnh cịn canode bị bám cặn do b tuy n n i. khử carbonate. Khí sinh ra khoảng 50 – 60 l/h cho 1 m2 bề mặt. Khi việc bảo vệ anode yêu cầu dùng titan bảo vệ, Tốc độ nổi nhỏ hơn là tuyển nổi bằng khơng khí khơng cĩ khả năng đảo ngƣợc theo chu kz các điện hịa tan do đặc tính của bọt khí và hệ thống tạo ra cực để tự làm sạch. chúng. 4.4.2. Lĩnh vực sử dụng Chƣơng 5. PHƢƠNG PHÁP LỌC Tự học 5.1. PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN 5.2. KHÁI QUÁT 5.3. LỌC TRÊN CÁC THIẾT BỊ CĨ GIÁ ĐỠ 5.4. LỌC TRÊN LỚP HẠT LỌC 5.5. LỌC LY TÂM 23
4/17/2010 5.1. PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN 5.1. PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN Lọc là phƣơng pháp tách sử dụng việc tuyển một hỗn 5.1.1 Định luật tổng quát hợp rắn-lỏng qua mơi trƣờng cĩ các lỗ khoan (bộ lọc). 5.1.2. Lọc chất lỏng mang tải với sự hình thành lớp Các chất rắn đƣợc giữ lại, cịn chất lỏng chảy qua bộ lọc. 5.1.1 Định luật tổng quát 5.1.1 Định luật tổng quát Lọc là sự chảy của dịng chất lỏng trong mơi trƣờng Trong đĩ: V là tốc độ lọc; xốp đƣợc biểu diễn bằng luật Darcy đối với tốc độ K là độ thẩm thấu của lớp lọc; thơng thƣờng áp dụng trong xử lý nƣớc. ΔP là tổn thất lƣu lƣợng qua lớp lọc; K ΔP 1 ΔP ΔH là chiều cao lớp quan sát; V = x = x  là độ nhớt động lực của nƣớc;  ΔH R ΔH R là sức cản của lớp lọc. Tổn thất ΔP tỷ lệ với tốc độ lọc V, độ nhớt động lực của nƣớc, chiều cao lớp lọc và tỷ lệ nghịch với độ thẩm thấu của mơi trƣờng lọc. 24
4/17/2010 5.1.2. Lọc chất lỏng mang tải với 5.1.2. Lọc chất lỏng mang tải với sự hình sự hình thành lớp thành lớp 1 M Wv Ở đây, xem lớp lọc đỡ lớp bùn Với : R = r = r tạo ra một bánh bùn bề dày g 2 S S tăng (Hình 5.1). Trong đĩ: M là khối lƣợng tồn phần của bánh Trong biểu thức của định luật 3 bùn thải; Darcy, R gồm hai sức cản nối W là khối lƣợng huyền phù thải trong tiếp, một thành phần sức cản 1 đơn vị thể tích lọc; R của bánh bùn, phần khác g 4 v là thể tích lọc bắt đầu ở thời gian t; là sức cản ban đầu R của m S là diện tích lọc; màng lọc : Hình 5.1. 1. Chất lỏng ; 2. Lớp bùn; r là sức cản riêng ở bộ lọc dƣới áp R = Rg + Rm 3 Màng lọc; 4 Nước đã lọc suất P. 5.1.2. Lọc chất lỏng mang tải với 5.2. KHÁI QUÁT sự hình thành lớp 1 dv P Ngƣời ta chia thành 3 loại quá trình lọc lớn tùy theo Từ đĩ rút ra V = = phƣơng thức sử dụng: S dt W.v - Lọc trên giá đỡ; (r + R ) m - Lọc trên lớp hạt; S - Lọc cĩ lớp xốp. Lấy tích phân hai vế ta đƣợc dạng phƣơng trình: .r.W Rm t=av2+bv hay t/v=av+b, với a = và b = 2.P.S2 P.S 25
4/17/2010 5.3.1. Rây và rây mịn 5.3. LỌC TRÊN CÁC THIẾT BỊ CĨ GIÁ ĐỠ Rây mịn cĩ bề mặt tự do 5.3.1. Rây và rây mịn Lọc rây mịn dƣới áp suất 5.3.2. Lọc trong ống và ống xốp 5.3.3. Lọc trên giá đỡ cĩ lớp lắng phủ trƣớc 5.3.2. Lọc trong ống và ống xốp 5.3.3. Lọc trên giá đỡ cĩ lớp lắng phủ trƣớc Mục đích Áp dụng Lựa chọn các thiết bị lọc Vật liệu của lớp lắng phủ trƣớc và bồi tích Các loại bộ lọc Thau rửa 26
4/17/2010 5.4. LỌC TRÊN LỚP HẠT LỌC 5.4.1. Nguyên lý và kiểm tra Đo và đánh giá sự chuyển biến của chất lƣợng 5.4.1. Nguyên lý và kiểm tra nƣớc đã lọc 5.4.2. Mơi trƣờng xốp Đo và sự chuyển biến tổn thất tải 5.4.3. Thau rửa mơi trƣờng lọc Tối ƣu hĩa 5.4.4. Lọc chậm và lọc nhanh Đƣờng cong áp suất 5.4.5. Chiều lọc Khả năng giữ lớn nhất của một bộ lọc 5.4.2. Mơi trƣờng xốp 5.4.3. Thau rửa mơi trƣờng lọc Tính chất vật lý Thau rửa là một nguyên cơng rất quan trọng, khi làm khơng chu đáo, kéo theo sự bít kín một số vùng làm Bản chất của mơi trƣờng xốp cho nƣớc chảy qua ít. Lựa chọn cỡ hạt của một lớp lọc Tổn thất tải tăng rất nhanh, lọc sạch trở thành cục bộ và ít hiệu quả. Để rửa vật liệu lọc, cho một dịng nƣớc chảy từ thấp lên cao dùng để gỡ các tạp chất và đƣa chúng vào máng tháo. Vật liệu lọc cũng đƣợc tác dụng đồng thời trong dịng nƣớc. Cĩ rất nhiều phƣơng pháp thực hiện mục tiêu này. 27
4/17/2010 5.4.3. Thau rửa mơi trƣờng lọc 5.4.4. Lọc chậm và lọc nhanh Thau rửa bằng cách giãn nở nƣớc Lọc chậm Thau rửa khơng làm giãn nở lớp lọc bằng Lọc nhanh khơng khí và nƣớc Thau rửa bằng nƣớc và khơng khí kết hợp Rửa từng đợt Tần số rửa và tiêu thụ nƣớc rửa 5.4.5. Chiều lọc 5.4.5. Chiều lọc Nƣớc cần lọc chảy qua mơi trƣờng lọc từ cao xuống Các bộ lọc khác chiều lọc dâng nƣớc chảy qua mơi thấp, mơi trƣờng lọc hồn tồn chìm trong nƣớc. trƣờng lọc từ dƣới lên trên. Nƣớc chảy do trọng lực hoặc dƣới áp suất. Ở kỹ thuật này khả năng dự trữ phải lớn, ƣ ổ ấ ả ƣợ ớ ạ ở ọ ƣợ Trong một số bộ lọc, mơi trƣờng lọc khơng chìm nh ng t n th t t i đ c gi i h n b i tr ng l ng ủ ậ ệ ọ hồn tồn trong nƣớc mà nƣớc chảy qua các kẽ hở c a v t li u l c. trong khối chất lọc, đĩ là bộ lọc “khơ” đặc biệt hữu ích Ngồi giới hạn này, vật liệu lọc bị đẩy lên cao và cho xử lý sinh học. bộ lọc bị bục. Để tránh nhƣợc điểm này, cần phải đặt hệ thống bao che vật liệu lọc (lƣới bảo vệ). 28
4/17/2010 5.5. LỌC LY TÂM 5.4.5. Chiều lọc Hệ thống này cho phép dùng vật liệu nhẹ hơn nƣớc. Tự học Cũng cĩ thể lọc hai chiều: nƣớc cần lọc thấm vào vật liệu lọc đồng thời ở phần trên và phần dƣới, cịn nƣớc thu hồi lấy ra ở phần giữa khối vật liệu lọc. Một phƣơng án lọc bằng dịng nƣớc dâng lên dùng các vật liệu nổi đang tiếp tục nghiên cứu. 6.1. KHÁI QUÁT Chƣơng 6. PHƢƠNG PHÁP LỌC MÀNG Tất cả vật liệu đƣợc gọi là màng mỏng, khi chúng cĩ 6.1. KHÁI QUÁT dạng phiến mỏng (0,05 – 2 mm) và chống lại sức cản của thành phần các chất lỏng khác nhau khi chuyển 6.2. MÀNG BÁN THẨM THẤU (HAY MÀNG LỌC) qua màng và cho phép tách một số các nguyên tố 6.3. PHƢƠNG PHÁP LỌC THẤM (huyền phù, hịa tan hay dung mơi) cấu thành chất lỏng. 6.4. MÀNG THẤM TÁCH 29
4/17/2010 6.1. KHÁI QUÁT 6.1.1. Cấu trúc của màng 6.1.1. Cấu trúc của màng Màng đồng nhất 6.1.2. Cơ chế chuyển dịch qua màng mỏng Màng khơng đối xứng Màng hỗn hợp 6.1.2. Cơ chế chuyển dịch qua màng mỏng 6.1.2. Cơ chế chuyển dịch qua màng mỏng Chúng đƣợc chia thành 3 loại (Hình 4). Thấm Lọc Cĩ khả năng tách phân đoạn một hỗn hợp bằng dịch ể ọ ọ ủ ộ ầ Ngƣời ta dùng màng bán thẩm thấu: Dung dịch đƣợc chuy n ch n l c c a m t thành ph n trong pha khí ể cơ đặc bằng cách chuyển qua cĩ chọn lọc của nƣớc chuy n qua màng. (chuyển dịch đối lƣu của dung mơi trong mơi trƣờng xốp), cịn các thành phần khác của chất lỏng đƣợc giữ lại ít nhiều trên mặt mơi trƣờng xốp tùy theo kích thƣớc của chúng. Trƣờng hợp lý tƣởng ta muốn cĩ một màng chỉ thẩm thấu nƣớc (thẩm thấu lý tƣởng). 30
4/17/2010 6.1.2. Cơ chế chuyển dịch qua màng mỏng 6.2. MÀNG BÁN THẨM THẤU (MÀNG LỌC) ấ Th m tách Thẩm thấu ngƣợc (Reverse Osmosis-RO) Các màng sử dụng cho phép chuyển dịch cĩ chọn lọc các ion hay khơng, nƣớc khơng dịch chuyển qua màng. Màng lọc nano Các màng này cĩ thể trung hịa hay tích điện. Khi Màng siêu lọc (Ultrafiltration-UF) ệ ậ ệ ƣơ ứ ự ổ chúng tích đi n (v t li u t ng ng là nh a trao đ i Màng vi lọc (Microfitration-MF) ion, cĩ dạng mỏng), chúng sẽ vận tải các ion cĩ dấu ngƣợc lại. Vậy ta cĩ thể cấu tạo các màng cation chỉ cản các cation, màng anion khơng cho chuyển qua cá anion. 7.1. CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI Chƣơng 7. QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI Quá trình truyền vật chất trên quy mơ phân 7.1. CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI tử từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp với nhau gọi là quá trình 7.2. KHUẾCH TÁN PHÂN TỬ truyền khối hay là quá trình khuếch tán. 7.3. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 7.4. TRUYỀN KHỐI GIỮA HAI PHA 31
4/17/2010 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1. CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN KHỐI 7.1.1.1. Khí – Lỏng 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối Chƣng cất: Là quá trình phân riêng các hỗn hợp lỏng 7.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp phân riêng thành các cấu tử riêng biệt, trong đĩ vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngƣợc lại, pha hơi đƣợc 7.1.3. Các phƣơng pháp thực hiện quá trình tạo nên từ pha lỏng bằng quá trình bốc hơi ngƣợc truyền khối lại pha lỏng đƣợc tạo nên từ pha hơi bằng quá trình ngƣng tụ. 7.1.4. Nguyên tắc thiết kế Các cấu tử nhƣ vậy hiện diện trong cả hai pha 7.1.5. Biểu diễn thành phần pha nhƣng với tỷ lệ khác nhau do cĩ độ bay hơi khác nhau. Vd: chƣng cất rƣợu và nƣớc. 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối Hấp thu: Là quá trình hịa tan khí (hay hơi) vào chất Nếu pha lỏng là chất lỏng tinh khiết (thƣờng là nƣớc) lỏng, trong đĩ vật chất (một cấu tử hay một nhĩm trong khi pha khí cĩ thể chứa một hoặc nhiều cấu cấu tử) đi từ pha khí vào pha lỏng. tử thì quá trình đƣợc gọi là làm ẩm hoặc làm khơ dịng khí tùy thuộc trên chiều di chuyển của nƣớc. Vd: tách CO2, SO2, H2S bằng dung dịch kiềm KOH. Ngƣợc lại nếu vật chất đi từ pha lỏng vào pha khí thì quá trình đƣợc gọi là nhả khí. Sự khác biệt chủ yếu là do chiều di chuyển của vật chất. 32
4/17/2010 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1.1.2. Khí – Rắn Sấy khơ: Là quá trình tách nƣớc ra khỏi vật liệu ẩm, Hấp phụ: Là quá trình hút khí (hơi) vào chất rắn xốp. trong đĩ vật chất (hơi nƣớc) đi từ pha rắn vào pha Nếu pha khí cĩ nhiều cấu tử đƣợc hấp phụ ở khí. những mức độ khác nhau thì quá trình đƣợc gọi là Vd: Sấy thực phẩm. hấp phụ phân đoạn. Nếu quá trình diễn ra theo chiều ngƣợc lại gọi là giải hấp. Vd: Lọc nƣớc bằng than hoạt tính. 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối 7.1.1.3. Lỏng – Lỏng 7.1.1.4. Lỏng – Rắn Trích chất lỏng: Là quá trình tách chất hịa tan trong Kết tinh: Là quá trình tách chất rắn ra khỏi dung dịch chất lỏng bằng một chất lỏng khác khơng hịa tan trong đĩ vật chất sẽ đi từ pha lỏng vào pha rắn. ớ ấ ỏ ƣớ v i ch t l ng tr c. Trích chất rắn: Là quá trình hịa tan chọn lựa một cấu Quá trình cĩ thể đƣợc thực hiện bằng cách làm tử trong chất rắn bằng một dung mơi lỏng. Vật chất lạnh hỗn hợp xuống dƣới nhiệt độ tới hạn của truyền từ pha rắn vào pha lỏng. ị ƣợ ạ ầ dung d ch, hai pha đ c t o nên cĩ thành ph n Nếu quá trình xảy ra theo chiều ngƣợc lại thì gọi là khác nhau. hấp phụ trong chất lỏng. 33
4/17/2010 ạ ề ố 7.1.1. Phân lo i các quá trình truy n kh i 7.1.1. Phân loại các quá trình truyền khối Trong các quá trình đƣợc đề cập ở trên, nĩi vật chất đi từ pha này sang pha khác chỉ là tƣơng đối, vì Trọng tâm của các quá trình phân riêng là tác nhân rằng trong cùng một lúc vật chất luơn di chuyển phân riêng. thuận nghịch chứ khơng phải theo một chiều, sở dĩ Trong chƣng cất tác nhân phân riêng là nhiệt; trong nĩi nhƣ vậy là căn cứ vào kết quả cuối cùng của quá trích ly là dung mơi; trong hấp phụ là chất hấp phụ trình. và trong quá trình phân riêng bằng màng đĩ là vật Ngồi các quá trình trên sự phân riêng cịn cĩ thể liệu làm màng. đƣợc thực hiện bằng các kỹ thuật khác nhƣ màng thẩm thấu (lọc thẩm thấu ngƣợc, siêu lọc), sự tiếp xúc giữa hai pha hịa tan, ứng dụng hiện tƣợng bề mặt. 7.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp phân riêng 7.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp phân riêng 7.1.2.1. Quá trình truyền khối và quá trình cơ học 7.1.2.2. Quá trình truyền khối và phản ứng hĩa học ả ươ Ví dụ, để tách một chất khống ra khỏi quặng ta cĩ hay c hai ph ng pháp thể dùng quá trình trích ly chất rắn hoặc tuyển nổi. H2S cĩ thể đƣợc tách ra khỏi hỗn hợp khí bằng cách ấ ụ ỏ ặ Đơi khi cả hai phƣơng pháp cơ học và truyền khối cho h p th vào dung mơi l ng cĩ ho c khơng kèm ớ ả ứ ọ ặ ỉ ả ứ đƣợc sử dụng, đặc biệt khi phƣơng pháp cơ học v i ph n ng hĩa h c ho c ch dùng ph n ng hĩa ọ ớ ắ khơng triệt để, nhƣ tách dầu thực vật ra khỏi bã ta h c v i oxide s t. dùng trích ly chất rắn theo sau quá trình ép. Phản ứng hĩa học thƣờng phá hủy chất đƣợc tách trong khi phƣơng pháp truyền khối cho ta thu hồi chất đƣợc tách nguyên vẹn. 34
4/17/2010 7.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp phân riêng 7.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp phân riêng 7.1.2.3. Giữa các quá trình truyền khối Cơ sở chính để lựa chọn một phƣơng pháp phân Ví dụ hỗn hợp khí oxygen và nitrogen cĩ thể đƣợc riêng là chi phí. tách ra bằng quá trình chƣng cất hay bằng quá trình Tuy nhiên cũng cĩ một yếu tố khác cĩ ảnh hƣởng đến hấp phụ chọn lựa trên than hoạt tính. việc lựa chọn nhƣ: tính đơn giản của quá trình, tài Dung dịch lỗng acid acetic với nƣớc cĩ thể đƣợc liệu, số liệu và kinh nghiệm cho thiết kế. tách bằng phƣơng pháp chƣng cất hoặc bằng phƣơng pháp trích ly chất lỏng bằng một dung mơi thích hợp. 7.1.3. Các phƣơng pháp thực hiện quá trình 7.1.3. Các phƣơng pháp thực hiện quá trình truyền khối truyền khối 7.1.3.1. Thu hồi dung chất và phân đoạn 7.1.3.2. Quá trình gián đoạn (khơng ổn định) và quá Nếu các cấu tử của hỗn hợp thuộc về hai nhĩm cĩ trình ổn định tính chất rất khác nhau thì ta cĩ thể xem một nhĩm Đặc trƣng của quá trình gián đoạn là nồng độ tại một là dung mơi và một nhĩm là dung chất. điểm bất kz trong thiết bị thay đổi theo thời gian, Sự phân riêng hai nhĩm này tƣơng đối là dễ dàng, điều này làm thay đổi các thơng số vận hành thiết quá trình khi đĩ đƣợc gọi là thu hồi dung chất. bị. Mặt khác, nếu hỗn hợp gồm các cấu tử cĩ tính chất Đặc trƣng của quá trình ổn định là nồng độ tại một gần giống nhau thì sự phân riêng ra thành từng cấu điểm bất kz trong thiết bị khơng đổi theo thời gian. tử riêng biệt sẽ khĩ khăn, quá trình khi đĩ đƣợc gọi Chế độ ổn định đạt đƣợc khi các thơng số vận hành là phân đoạn. thiết bị khơng đổi. 35
4/17/2010 7.1.3. Các phƣơng pháp thực hiện quá trình truyền khối 7.1.4. Nguyên tắc thiết kế 7.1.3.3. Quá trình tiếp xúc theo bậc (hay đoạn) – Quá trình tiếp xúc liên tục Cĩ 4 nguyên tắc chính để thiết kế thiết bị truyền khối. Nếu hai pha tiếp xúc với nhau để thực hiện quá trình 7.1.4.1. Số bậc lý thuyết truyền khối rồi sau đĩ tách riêng ra hồn tồn thì ta nĩi Để xác định số bậc lý thuyết hay chiều cao tƣơng quá trình đã tạo nên một bậc (hay đoạn) thay đổi nồng đƣơng cho quá trình tiếp xúc pha liên tục cho một độ. quá trình phân riêng xác định trƣớc ta cần cĩ đặc Nếu quá trình đƣợc thực hiện nhiều lần nhƣ vậy thì gọi trƣng cân bằng pha của hệ và các phép tính cân là quá trình nhiều bậc. bằng vật chất. Nếu hai pha đƣợc cho tiếp xúc và thực hiện quá trình truyền khối liên tục trong thiết bị từ lúc vào cho đến lúc ra khỏi thiết bị ta gọi là quá trình tiếp xúc pha liên tục. 7.1.4. Nguyên tắc thiết kế 7.1.4. Nguyên tắc thiết kế 7.1.4.3. Năng suất 7.1.4.2. Thời gian tiếp xúc pha Năng suất quyết định tiết diện của thiết bị và tốc độ Thời gian tiếp xúc pha liên hệ đến hiệu suất bậc hay quá trình thơng qua việc sử dụng các kiến thức về chiều cao của thiết bị tiếp xúc pha liên tục. cơ học lƣu chất và các phép tính cân bằng vật chất. Thời gian tiếp xúc pha độc lập với năng suất của thiết bị. 36
4/17/2010 7.1.5. Biểu diễn thành phần pha 7.1.4. Nguyên tắc thiết kế Bảng 7.2. Biểu diễn thành phần pha 7.1.4.4. Nhu cầu về năng lượng Pha lỏng Pha hơi Các liên hệ Nhiệt năng cần cho quá trình cĩ sự biến đổi nhiệt độ Pha lỏng Pha hơi hay tạo nên một pha mới (bốc hơi từ pha lỏng Phần khối Li Gi xi/Mi yi/Mi lượng xi = yi = xi = yi = chẳng hạn), hiệu ứng nhiệt dung dịch. L G n xi n yi   Cơ năng cần cho việc vận chuyển lƣu chất và chất i=1 Mi i=1 Mi rắn, phân tán pha lỏng và pha khí, các bộ phận Phần mol Li Gi xiMi yiMi xi = yi = xi = yi = chuyển động của thiết bị. L G n n  xiMi  yiMi I=1 i=1 Tỷ số khối Li Gi xi yi lượng Xi = Yi = Xi = Yi = L -Li G -Gi 1 +xi 1 +yi 7.1.5. Biểu diễn thành phần pha Bảng 7.1. Biểu diễn thành phần pha 7.2. KHUẾCH TÁN PHÂN TỬ Pha lỏng Pha hơi Các liên hệ Pha lỏng Pha hơi 7.2.1. Khuếch tán phân tử Tỷ số mol Li Gi Xi Yi Xi = Yi = xi = yi = L - Li G - Gi 1 +Xi 1 +Yi 7.2.2. Khuếch tán phân tử theo một chiều xi yi trong lƣu chất đứng yên hoặc chảy dịng ở Xi = Yi = 1 - xi 1 - yi trạng thái ổn định Xi Yi ế ố ƣ xi = yi = 7.2.3. Khu ch tán đ i l u 1 - Xi 1 - Yi L, G: suất lƣợng mol pha lỏng, pha hơi (mol/h) L,G: suất lƣợng khối lƣợng pha lỏng, pha hơi (kg/h) i: cấu tử bất kỳ của hỗn hợp 37
4/17/2010 7.2.1. Khuếch tán phân tử 7.2.1. Khuếch tán phân tử Quá trình khuếch tán xảy ra khi vật chất truyền từ So sánh giữa khuếch tán và truyền nhiệt nơi cĩ nồng độ cao đến nơi cĩ nồng độ thấp. Vận tốc khuếch tán Vận tốc tại đĩ, dung chất chuyển động tại một vị trí và phƣơng bất kz sẽ phụ thuộc vào gradient Phƣơng trình liên tục nồng độ tại vị trí và phƣơng đĩ. 7.2.3. Khuếch tán đối lƣu 7.2.2. Khuếch tán phân tử theo một chiều trong lƣu chất đứng yên hoặc chảy dịng ở trạng thái ổn định Trong dịng chảy rối các dịng xốy chuyển động sẽ truyền vật chất từ vị trí này đến vị trí khác nhƣ Khuếch tán phân tử trong pha khí trong trƣờng hợp truyền vận moment và nhiệt Khuếch tán phân tử trong chất lỏng năng. Khuếch tán phân tử trong dung dịch và gel sinh học Tƣơng tự nhƣ truyền vận moment và nhiệt năng Khuếch tán phân tử trong chất rắn trong dịng chảy rối, phƣơng trình truyền khối là: CA JA.t = -N (2-30) z Trong đĩ: JA.t là thơng lƣợng mol của A, tƣơng đối so với tồn bộ pha, do tác động chảy rối gây nên; N là hệ số khuếch tán dịng chảy xốy. 38
4/17/2010 7.2.3. Khuếch tán đối lƣu 7.3. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI Thơng lƣợng mol tổng cộng, tƣơng đối so với tồn bộ Các phƣơng trình tính tốc độ khuếch tán trình bày pha, trở thành: trong 7.2 cĩ thể đƣợc dùng tính tốn cho quá trình truyền khối ổn định qua lớp lƣu chất đứng yên cĩ CA bề dày cho trƣớc. JA =-(DAB + N) (2-31) z Đây khơng phải là một trƣờng hợp phổ biến, vì hầu ế ề ố ề ả ở ạ Hệ số khuếch tán dịng xốy phụ thuộc vào các tính h t các quá trình truy n kh i đ u x y ra tr ng ả ố ể ự ƣ ấ chất của lƣu chất cũng nhƣ vận tốc và vị trí trong thái ch y r i đ tăng s phân tán l u ch t này vào ƣ ấ ằ ệ ề ặ ế dịng chuyển động. l u ch t khác nh m tăng di n tích b m t ti p xúc pha, từ đĩ sẽ tăng đƣợc tốc độ truyền khối. 7.3. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 7.3. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI Do cĩ sự khác biệt nhƣ vậy, quá trình truyền khối Hệ số truyền khối là một đại lƣợng phức tạp. Nĩ phụ trong hầu hết các trƣờng hợp vẫn đƣợc biểu diễn thuộc vào tính chất vật lý của các pha (hệ số theo dạng phƣơng trình chung với hệ số đặc trƣng khuếch tán, độ nhớt, khối lƣợng riêng), nhiệt độ, đƣợc gọi là hệ số truyền khối. áp suất, lƣu lƣợng, kích thƣớc hình học đặc trƣng ấ ạ ủ ế ị ề ố Tốc độ truyền khối = (Hệ số truyền khối)(Sai biệt và c u t o c a thi t b truy n kh i. nồng độ) Hệ số truyền khối là lƣợng vật chất truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một đơn vị thời gian khi sai biệt nồng độ là một đơn vị. 39
4/17/2010 7.3. HỆ SỐ TRUYỀN KHỐI 7.4. TRUYỀN KHỐI GIỮA HAI PHA ằ Hệ số truyền khối trong dịng chảy tầng Cân b ng pha Truyền khối giữa hai pha Hệ số truyền khối đối lƣu Cân bằng vật chất Xác định thực nghiệm hệ số truyền khối Hệ số truyền khối qua các diện tích bề mặt tiếp xúc pha xác định Chƣơng 8. QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Chƣơng 8. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ Hấp phụ là gì? Trong trƣờng hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp Hấp phụ là hiện tƣợng liên kết các phân tử của một phụ tạo ra một liên kết hĩa học thì hiện tƣợng này chất lỏng, hoặc khí lên bề mặt của một chất rắn khác đƣợc gọi là hấp phụ hĩa học và sự hấp phụ chỉ xảy ra bởi lực tƣơng tác giữa các vật thể (lực hấp dẫn (Van duy nhất một lớp đơn phân tử. Der Waals) và lực hút tĩnh điện. Các hiện tƣợng hấp phụ xảy ra cân bằng động và sẽ Trƣờng hợp này ta gọi là hấp phụ vật lý và sự dẫn đến hiện tƣợng bão hịa khi bề mặt đã bị chốn hấp phụ cĩ thể là lớp đơn phân tử hoặc đa lớp đơn hết chỗ. phân tử. Lúc này chất hấp phụ sẽ khơng cịn khả năng hấp phụ và phải thay thế bằng một thể tích chất hấp phụ mới, hoặc tái sinh chất hấp phụ cũ để dùng lại. 40
4/17/2010 Chƣơng 8. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ Chƣơng 8. QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc xem là một trong những phƣơng pháp ƣu việt nhất. Sử dụng phƣơng pháp này sẽ xử l{ đƣợc triệt 8.1. CƠ CHẾ HẤP PHỤ để, cĩ thể loại bỏ hầu hết các chất vơ cơ và hữu cơ, 8.2. NHỮNG CHẤT HẤP PHỤ CHÍNH loại cả màu sắc lẫn mùi vị, khơng để lại ơ nhiễm phụ sau xử lý (ơ nhiễm thứ cấp), thu gom và kiểm sốt 8.3. CÁC NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG THAN đƣợc hồn tồn chất thải. HOẠT TÍNH Tuy nhiên, điều này cịn phụ thuộc vào khả năng chất hấp phụ sử dụng và kinh phí cho phép. 8.1. CƠ CHẾ HẤP PHỤ 8.1. CƠ CHẾ HẤP PHỤ Bề mặt khai triển hay diện tích riêng của vật Xác định đƣợc một số tính chất của hấp phụ: các phân liệu tử của một chất cố định trên bề mặt một số vật liệu cĩ chút ít tính thuận nghịch (khí, ion kim loại, phân tử Bản chất của mối liên kết chất bị hấp phụ - chất hữu cơ). hấp phụ Cĩ sự chuyển dịch các chất từ pha nƣớc hay khí Thời gian tiếp xúc giữa chất rắn và chất hịa tan lên bề mặt chất rắn. Khả năng hấp phụ của chất rắn phụ thuộc vào: Khả năng hấp phụ của chất rắn phụ thuộc vào: 41
4/17/2010 8.2. NHỮNG CHẤT HẤP PHỤ CHÍNH 8.2.1. Than hoạt tính 8.2.1. Than hoạt tính Than hoạt tính đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp loại trừ với nguyên liệu ban đầu cĩ chứa thành phần 8.2.2. Các chất hấp phụ khác carbon: than, cenllulose, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, nứa, mùn cƣa. Trong nguyên liệu ngồi thành phần carbon cịn tồn tại một số thành phần hợp chất vơ cơ, tạp chất gây ra thành phần tro khi đốt cháy (oxide kim loại), trong đĩ Ca, Mg, K, Na cĩ trong đĩ gây tính kiềm ví dụ K2CO3, Na2CO3, CaCO3, vì vậy sản phẩm cuối nếu khơng rửa sạch cĩ tính kiềm. 8.2.1. Than hoạt tính 8.2.1. Than hoạt tính Cĩ thể xuất phát từ những nguyên liệu cĩ nguồn gốc rất khác nhau, khi chế tạo ngƣời ta cĩ thể quy về hai phƣơng pháp chính trong giai đoạn hoạt hĩa – giai đoạn phát triển độ xốp của than: hoạt hĩa với hĩa chất và hoạt hĩa với khí, hơi. Hai quá trình này cịn gọi là hoạt hĩa hĩa học và vật lý. 42
4/17/2010 8.2.1. Than hoạt tính 8.2.1. Than hoạt tính Thực nghiệm chỉ ra rằng: than hoạt tính là chất hấp Ngồi tính chất hấp phụ, than hoạt tính cịn giúp các phụ cĩ phổ rất rộng. vi khuẩn cĩ khả năng phân hủy một phần của pha hấp ụ Phần lớn các phân tử hữu cơ cố định trên bề ph . mặt của chúng, các phân tử cĩ phân cực lớn và cĩ cấu Nhƣ vậy một phần của chất tiếp tục tái sinh và tạo hàng với khối lƣợng mol nhỏ (rƣợu đơn, acid cĩ thể giải phĩng các vị trí cố định các phân tử mới. hữu cơ bậc nhất) rất khĩ giữ lại. Các phân tử mol cao bị than hoạt tính hấp phụ khá tốt (do các lý do khác nhau). 8.2.2. Các chất hấp phụ khác 8.2.1. Than hoạt tính Chất hấp phụ vơ cơ Ứng dụng chính Các chất hấp phụ hữu cơ Tác dụng xúc tác 43
4/17/2010 8.3. CÁC NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG THAN HOẠT 8.3.1. Bột than hoạt tính TÍNH Nghiền than hoạt tính thành bột mịn cĩ kích thƣớc từ 10 – 50 m và sử dụng kết hợp với xử lý lọc. 8.3.1. Bột than hoạt tính Đƣa liên tục vào nƣớc cùng với chất phản ứng kết 8.3.2. Than hoạt tính dạng hạt bơng, nĩ xen vào các vĩn cục và đƣợc tách ra khỏi nƣớc cùng với bơng cặn trong các bể lắng. Qua thời gian tiếp xúc lâu, các chất bẩn hữu cơ đƣợc hút vào các hạt bột than, giảm nồng độ của chúng trong nƣớc đến nồng độ cân bằng. Bột than hoạt tính đƣợc sử dụng triệt để hơn nếu dùng bể lắng trong cĩ lớp cặn lơ lửng hoặc bể lắng cĩ tuần hồn lại cặn. 8.3.1. Bột than hoạt tính 8.3.2. Than hoạt tính dạng hạt Đặc tính vật lý của than hạt Ƣu điểm Khả năng hấp phụ của than Hoạt động của lớp than Nhƣợc điểm Tái sinh than hoạt tính 44
4/17/2010 Chƣơng 9. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION 9.1. KHÁI QUÁT 9.1. KHÁI QUÁT 9.1.1. Nguyên lý 9.2. NHỮNG DẠNG CHÍNH TRAO ĐỔI ION 9.1.2. Cơ chế trao đổi ion 9.3. SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI SỬ DỤNG 9.1.3. Các phƣơng pháp tái sinh 9.4. NGUYÊN TẮC TÍNH TỐN MỘT HỆ 9.1.4. Từ vựng trao đổi ion THỐNG LOẠI BỎ KHỐNG CHẤT 9.5. KIỂM TRA VÀ BẢO DƢỠNG MỘT THIẾT BỊ LOẠI BỎ KHỐNG CHẤT 9.1.1. Nguyên lý 9.1.1. Nguyên lý Thiết bị trao đổi ion là các chất vật liệu hạt khơng hịa Trƣớc hết thiết bị trao đổi ion cĩ trong đất tự nhiên tan cĩ trong cấu trúc phân tử các gốc acid hay base cĩ (zeolite), sau đĩ các hợp chất tổng hợp vơ cơ thể thay thế đƣợc mà khơng thay đổi tính chất vật lý (silicoaluminat) và hữu cơ. của chúng và cũng khơng biến mất hoặc hịa tan. Chất tổng hợp hữu cơ đƣợc sử dụng rộng rãi Các ion dƣơng hay âm cố định trên các gốc này cĩ tên gọi là nhựa trao đổi ion. Chúng cĩ dạng hạt hay đẩy ion cùng dấu cĩ trong dung dịch lỏng. hầu hết dƣới dạng viên bi. Đĩ là sự trao đổi ion, cho phép thay đổi thành phần ion của chất lỏng cần xử l{ mà khơng thay đổi số lƣợng tải tồn bộ cĩ trong chất lỏng trƣớc khi trao đổi. 45
4/17/2010 9.1.1. Nguyên lý 9.1.1. Nguyên lý Ngƣời ta chia là 2 loại: nhựa loại keo và loại lỗ to hay dƣới mắt lƣới to. Cấu trúc cơ bản của chúng là nhƣ nhau, thu đƣợc trong cả hai trƣờng hợp bằng cùng polymer hĩa, ví dụ từ styren và divinylbenzene. Sự khác nhau là ở tính xốp. Một loại cĩ tỷ lệ mắt lƣới lớn làm tăng độ bền cơ học đồng thời các ứng lực vật lý (kéo, nén) và ứng lực hĩa học (thay đổi trạng thái bão hịa ion). 9.1.1. Nguyên lý 9.1.1. Nguyên lý Nhựa loại keo cĩ độ xốp tự nhiên, từ polymer hĩa và Cấu trúc hĩa học của thiết bị trao đổi ion nhƣ quan hệ khoảng cách giới hạn nội bộ phân tử. Đĩ là cấu trúc vi phân tử của chúng cĩ một hay nhiều gốc acid và base. xốp. Sự cĩ mặt các gốc này cho phép đồng hĩa nhựa Nhựa loại mắt lƣới làm tăng độ xốp nhân tạo cation bằng một acid cĩ dạng R-H và nhựa anion bằng bằng cách cho thêm một chất tạo lỗ. Ngƣời ta tạo ra một base cĩ dạng R-OH. trong mạng dẫn kích thƣớc lớn các lỗ. Lực của acid hoặc base tùy thuộc vào bản chất Sản phẩm này cĩ khả năng hấp phụ tốt hơn và của nhân phân tử và gốc mà chúng tiếp cận tới: HCO2, khơng hấp thụ các chất hữu cơ. HSO3, NH3OH 46
4/17/2010 9.1.1. Nguyên lý 9.1.1. Nguyên lý Nhựa trao đổi ion đƣợc gọi là đơn chức nếu nĩ chỉ cĩ một loại gốc, ví dụ HCO2 hay HSO3 và đa chức nếu phân tử gồm đồng thời gốc tự nhiên, do vậy lực ion khác nhau. Ví dụ: HCO2 R HSO3 9.1.2. Cơ chế trao đổi ion 9.1.1. Nguyên lý Dùng phản ứng thuận nghịch loại nước mềm Trong mơi trƣờng nƣớc, đặc biệt là nƣớc thải và trong Dùng một phản ứng khơng thuận nghịch điều kiện sử dụng nhựa dễ bị hƣ hỏng, mất tác dụng. Sử dụng anion phức chất cố định trước Các yếu tố tác động đến độ bền của nhựa bao gồm: Yếu tố vật lí: áp suất,mài mịn, bề mặt bám dính. Hĩa học: oxy hĩa, do nhiệt, nhiễm bẩn. Sinh học: phân hủy do vi sinh, tảo bám. Chất kết tủa. 47
4/17/2010 9.1.3. Các phƣơng pháp tái sinh 9.1.4. Từ vựng trao đổi ion Tái sinh cùng chiều Cơng suất Tái sinh ngƣợc dịng Khả năng trao đổi của nhựa trao đổi là khối lƣợng các ion cĩ thể cố định đƣợc trên một đơn vị thể tích của chất trao đổi quan sát. Cơng suất đƣợc tính bằng gam tƣơng đƣơng hay độ trên đơn vị thể tích khối nhựa. Ta chia thành: - Cơng suất tồn phần là khối lƣợng cực đại các ion trao đổi đƣợc và đặc trƣng cho một lớp nhựa đã cho; - Cơng suất hữu ích là phần cĩ thể dùng đƣợc của cơng trình, phụ thuộc vào điều kiện thủy lực, hĩa học trong từng trƣờng hợp ứng dụng riêng biệt. 9.1.4. Từ vựng trao đổi ion 9.1.4. Từ vựng trao đổi ion Tải khối Tỷ lệ tái sinh Thể tích trong 1h chất lỏng cặn xử lý Gam tƣơng đƣơng chất phản ứng Thể tích nhựa trao đổi x 100 Gam tƣơng đƣơng ion đã tách Dịng ion Tải khối x Độ muối của nƣớc Tỷ lệ này luơn luơn lớn hơn 100% (100% tƣơng ứng với tỷ lƣợng). Mức độ tái sinh Khối lƣợng chất phản ứng đã dùng Hiệu suất tái sinh là nghịch đảo của tỷ lệ tái sinh. Rị ion, nồng độ ion cố định chứa trong nước đã xử lý. Thể tích nhựa trao đổi 48
4/17/2010 9.2.1. Đặc tính của trao đổi ion 9.2. NHỮNG DẠNG CHÍNH TRAO ĐỔI ION 9.2.1. Đặc tính của trao đổi ion Loại trao đổi ion để dùng trong cơng nghiệp phải đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật sau: 9.2.2. Trao đổi cation Sản phẩm khơng hịa tan trong điều kiện bình thƣờng 9.2.3. Trao đổi anion Sản phẩm đƣợc gia cơng hợp cách 9.2.4. Giới thiệu một số dữ liệu Sự thay đổi trạng thái của trao đổi ion khơng làm phân hủy cấu trúc vật lý 9.2.2. Trao đổi cation 9.2.3. Trao đổi anion Trao đổi acid mạnh Trao đổi ion acid yếu Trao đổi anion yếu hay base trung bình Trao đổi anion mạnh 49
4/17/2010 9.3. SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI SỬ DỤNG Chƣơng 10. QUÁ TRÌNH OXY HĨA – KHỬ Tự học 10.1. NGUYÊN LÝ THẾ OXY HĨA – KHỬ 10.2. MỤC ĐÍCH 10.3. NHỮNG KỸ THUẬT OXY HĨA CHỦ YẾU 10.4. KHỬ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC 10.1. NGUYÊN LÝ THẾ OXY HĨA – KHỬ 10.2. MỤC ĐÍCH Một số chất tự thể hiện dƣới dạng oxy hĩa hay Phản ứng oxy hĩa khử đƣợc dùng trong xử lý khử và chuyển từ dạng này sang dạng khác nƣớc: bằng sự cĩ thêm electron khử hoặc mất - Để khử trùng nƣớc; electron (oxy hĩa). - Để chuyển một nguyên tố hịa tan sang kết tủa Một cặp đƣợc tạo bởi một chất nhận và cho (Fe, Mn loại bỏ sulphate, ). electron đƣợc gọi là hệ thống oxy hĩa – khử: Khử oxy hĩa n+ + ne– Ví dụ: Fe2+ Fe3+ + e– 50
4/17/2010 10.3. NHỮNG KỸ THUẬT OXY HĨA CHỦ YẾU 10.3.1. Oxy hĩa bằng phƣơng pháp vật lý 10.3.1. Oxy hĩa bằng phƣơng pháp vật lý Với khơng khí 10.3.2. Oxy hĩa bằng phƣơng pháp hĩa học Với oxy 10.3.3. Ứng dụng 10.3.3. Ứng dụng 10.3.2. Oxy hĩa bằng phƣơng pháp hĩa học Chất phản ứng khí Nƣớc sinh hoạt Chất phản ứng lỏng Nƣớc thải đơ thị Ứng dụng của nƣớc và chất thải cơng nghiệp 51
4/17/2010 10.4. KHỬ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC Chƣơng 11. QUÁ TRÌNH KHỬ TRÙNG 10.4.1. Khử hĩa học oxygen 10.4.2. Khử Cr hĩa trị 6 11.1. PHƢƠNG PHÁP LÝ HỌC 11.2. PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC 11.1. PHƢƠNG PHÁP LÝ HỌC 11.1.1. Phƣơng pháp nhiệt 11.1.1. Phƣơng pháp nhiệt Đây là phƣơng pháp đơn giản và lâu đời nhất. Ngƣời ta đun nƣớc sơi đến nhiệt độ 1000C, ở nhiệt độ này 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt và nƣớc đun sơi cĩ 11.1.3. Khử trùng bằng siêu âm thểm đảm bảo tiêu chuẩn chất lƣợng vệ sinh. Tuy nhiên cũng cịn một số ít vi sinh vật khi nhiệt 11.1.4. Khử trùng bằng phƣơng pháp lọc độ tăng cao liền chuyển sang dạng bào tử cĩ lớp vỏ bảo vệ vững chắc, chúng khơng hề bị tiêu diệt dù cĩ đun sơi liên tục trong vịng 15 – 20 phút. 52
4/17/2010 11.1.1. Phƣơng pháp nhiệt 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại Trong trƣờng hợp này, để tiêu diệt các vi khuẩn đã chuyển sang dạng bào tử, cần đun sơi ở điều kiện bình thƣờng trong 15 – 20 phút, sau đĩ để nƣớc ộ ố 0 ằ ử ể ngu i xu ng 35 C nh m giúp cho các bào t phát tri n Hầu hết mọi vi sinh vật đều cĩ thể bị tiêu diệt bằng tia ở ạ ƣờ ả ờ ế ạ tr l i (th ng sau kho ng 2 gi ), k đĩ l i đun sơi tử ngoại (tia cực tím) và ngƣời ta dựa vào ngƣyên lý ƣớ ầ ữ ằ ƣợ ấ ƣợ n c l n n a. B ng cách đĩ, ta cĩ đ c ch t l ng này để khử trùng nƣớc. nƣớc tốt hơn. Tia cực tím (uv) cĩ bƣớc sĩng 4 – 400 nm (nanometer). Phƣơng pháp khử trùng này cĩ ƣu điểm là đơn giản, Độ chiếu sáng tia cực tím nằm ngồi vùng phát hiện, dễ làm nhƣng cĩ nhƣợc điểm là tiêu hao năng lƣợng nhận biết của mắt thƣờng. lớn và chỉ thích hợp với quy mơ nhỏ. 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại Cơ chế tác dụng: Tia cĩ tác dụng thay đổi DNA của tế Nƣớc cần khử trùng cho bào vsv trong bƣớc sĩng 254 nm. Cĩ khả năng tiêu chảy qua thiết bị trong đĩ cĩ đặt diệt vsv cao nhất. các đèn bức xạ tia tử ngoại. Trong nhà máy xử lý nƣớc dùng đèn thuỷ ngân Bĩng đèn đặt trong ống áp lực thấp phát ra tia cực tím cĩ bƣớc sĩng 253,7 thuỷ tinh khơng hấp thụ tia cực nm. Bĩng đèn đặt trong ống thuỷ tinh khơng hấp thụ tím, ngăn cách đèn với nƣớc. tia cực tím, ngăn cách đèn với nƣớc. Đèn đƣợc lắp thành bộ trong hộp đựng cĩ vách ngăn phân phối để khi nƣớc chảy qua hộp đƣợc trộn đều cho số vi khuẩn qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp cao nhất. 53
4/17/2010 ƣơ ử ạ 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Ph ng pháp dùng tia t ngo i Tùy thuộc vào cƣờng độ bức xạ tia tử ngoại, số Ưu điểm: Khơng thay đổi hố lý trong nƣớc và khơng lƣợng vi sinh cĩ trong nguồn nƣớc và thời gian lƣu làm thay đổi hố lý của nƣớc. trong thiết bị mà chất lƣợng nƣớc ra khỏi thiết bị cĩ Nhược điểm: Chi phí vận hành cao và cơng suất thấp. mức độ khử trùng cao hay thấp. Độ đục của nƣớc (các tạp chất hữu cơ và hạt rắn lơ lửng) và chất nhớt bám vào đèn làm ngăn tia cực tím Lớp nƣớc qua đèn dày khoảng 6 mm tiêu thụ tác dụng vào vsv làm cho hiệu quả khử trùng thấp. 6.000 – 13.000 µw/s. Các loại đèn cĩ cơng suất 30.000 µw/s độ bền 3.000 – 8.000 h. 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại Ngồi ra, ngƣời ta cũng cĩ thể sử dụng bức xạ tử Nguyên tắc: ngoại trực tiếp của ánh sáng mặt trời để khử trùng nƣớc, đĩ là cách làm đơn giản nhất, tuy nhiên hiệu quả khĩ cĩ thể nâng cao. Nguyên tắc: Độ đục của nƣớc nhỏ hơn 30 NTU; Nhiệt độ 310C phơi trong 6h; trời nhiều mây phơi trong 2 ngày. 54
4/17/2010 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 6.2.1.1 Thời tiết và khí hậu Nếu trời cĩ mây che phủ khơng đảm bảo 6h nắng liên Hiệu quả kỹ thuật SODIS phụ thuộc vào thời gian và tục hoặc nhiệt độ vào buổi trƣa dƣới 310C thì các cƣờng độ ánh sáng mặt trời. chai nƣớc sẽ phơi trong hai ngày liên tục mới đảm ả ể ố Nếu trời nắng, khơng bị bĩng mây che khuất, nhiệt độ b o an tồn đ u ng. vào buổi trƣa đạt từ 310C trở lên thì nƣớc bị ơ nhiễm Nếu trời mƣa liên tục nên sử dụng các phƣơng pháp vi sinh đƣợc đổ vào các loại chai nhựa trong và phơi khác nhƣ đun sơi nƣớc để uống. dƣới ánh nắng mặt trời trong khoảng 6 h đồng hồ. 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại Là phƣơng pháp khơng tốn kém do chỉ cần ánh sáng 5.2.3.1 Ưu điểm mặt trời và các chai nhựa trong; Phƣơng pháp này co rất nhiều ƣu điểm: Làm giảm các nhu cầu về chất đốt và do đĩ cĩ thể SODIS cải thiện chất lƣợng vi sinh của nƣớc uống, do giúp tiết kiệm chi tiêu trong gia đình; đĩ cĩ thể giúp tăng cƣờng sức khoẻ của nguời dân; Giúp tiết kiệm thời gian và giảm gánh nặng cơng việc, SODIS khơng làm thay đổi mùi vị của nƣớc; đặc biệt là đối với ngƣời phụ nữ trong cơng việc tìm kiếm chất đốt và chuẩn bị nƣớc uống cho gia đình. Là phƣơng pháp đơn giản, cĩ thể áp dụng và kiểm sốt trực tiếp ở cấp hộ gia đình; 55
4/17/2010 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 11.1.2. Phƣơng pháp dùng tia tử ngoại 5.2.3.2. Nhược điểm Yêu cầu nƣớc tƣơng đối trong, cĩ độ đục nhỏ hơn 30 NTU. Do đĩ nƣớc cần phải xử l{ độ đục (nếu độ đục Ngồi ra, phƣơng cĩ một số nhƣợc điểm sau: trong nƣớc lớn hơn 30 NTU) hay tách phù du, các Cần đủ tia nắng mặt trời và do đĩ bị phụ thuộc vào chất rắn cĩ trong nƣớc trƣớc khi áp dụng SODIS; điều kiện thời tiết và khí hậu; Khơng làm thay đổi các tính chất hố lý của nƣớc và do đĩ khơng cải thiện tính chất hố lý của nƣớc; Khơng cĩ hiệu quả đối với khối lƣợng nƣớc lớn. 11.1.4. Khử trùng bằng phƣơng pháp lọc 11.1.3. Khử trùng bằng siêu âm Ngƣời ta biết rằng, hầu hết các vi sinh vật cĩ trong nƣớc, trừ siêu vi trùng, đều cĩ kích thƣớc vào khoảng Khử trùng bằng siêu âm là một phƣơng pháp khử 1 – 2 m. trùng triệt để nhƣng tốn kém. Do vậy, nếu đem nƣớc lọc qua lớp lọc cĩ kích Ngƣời ta dùng dịng siêu âm cĩ cƣờng độ tác ƣớ ọ ỏ ơ  ể ạ ừ ƣợ dụng khơng nhỏ hơn 2W/cm2 trong thời gian trên 5 th c khe l c nh h n 1 m thì cĩ th lo i tr đ c chúng ra khỏi nguồn nƣớc. phút, điều kiện đĩ, tồn bộ vi sinh vật cĩ trong nƣớc bị tiêu diệt. Lớp lọc trong trƣờng hợp này thƣờng là vật liệu sành, sứ xốp cĩ khe hở cực nhỏ. Phƣơng pháp này cũng khá đơn giản, tuy nhiên địi hỏi lớp vật liệu lọc khắt khe, điều kiện vận hành khĩ khăn và nguồn nƣớc đƣa vào lọc phải cĩ hàm lƣợng cặn khơng lớn hơn 2 mg/l. 56
4/17/2010 11.1.4. Khử trùng bằng phương pháp lọc 11.1.4. Khử trùng bằng phương pháp lọc Lọc qua các lớp vật liệu hạt Vi lọc (Microfiltration-MF) : 0.15 - 50 m hay cao hơn Siêu lọc (Ultrafiltration-UF): 0.003 - 0.2 m Lọc Nano (Nanofiltration-NF): 0.001 to 0.003 m Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis-RO): 0.0005 m Ultrafiltration: Microfiltration: Micro filtration  Screening andUltra Adsorption filtration Pore size 1 - 100 nm  Simple screening mechanism P 0.1 to 1 MPa Solid particles Macro molecules Solid Particles return Pore Watersize passes 0.01Salts μm pass -Macro10 moleculesμm pass Water passes Salts pass return return  Membrane is classified in terms of Molecular Weight-Cut off P 0.01 to 0.5 MPa (MWCO) : 1000 - 100,000 MWCO Approx. pore size (nm) 1,000 2  Low pressure process 10,000 5 100,000 12  Most effectively remove particles and microorganisms 1000,000 28 (bacteria) Typical Retentates Typical Two layers:Retentates a thin (0.1 to 0.5 µm), skin layer and Nominal Pore Size :0.01um Solids Macromoleculesa porous substructure support layer Nominal Pore Size : 0.1 um 20000 MWCO Kaolin, High silica, flux yeast, bacteria, proteins, polyvinyl alcohol, dextrose gelatinized Separation starch, of pectin, macromolecules dispersed ‘mud’, granular starch, pigments dyes  Colloids/Macromole > theoretically pass through Only surface deposition - no internal pore plugging- the membrane so, relatively easy to remove, irreversible 57
4/17/2010 Nanofiltration: Nano filtration Reverse Osmosis  NF Removes molecules in the 0.001 micron range  WaterP passes 0.5Some to salts6 MPa pass Macro molecules Solid particles some return return return Macro molecules Solid particles Water passes Salts return return return  MWCO: 0.2 to 200  NF is essentially a lower-pressure version of reverse osmosis  NF performance characteristics between reverse osmosis and ultrafiltration Membrane: similar to UF, Typicalthin active Retentates layer; porous support layer Operating Pressure: 1.0Dissolved - 10 MPa ions Nanofiltration: Water softening, removal of organic matter, sodium, chloride, Nominal Pore Size :250 MWCO RO has the separationmacromolecules range of 0.0001 to 0.001m desalting of organic reaction products. Desalination (seawater and brackish water), metal plating effluent treatment, Typical Retentates color removal from textile effluents, production of high purity water Salts (small molecules) sodium nitrate, sugar, (boiler feed, electronics, medical, pharmaceutical) soluble dyes, amino acid 11.1.4. Khử trùng bằng phƣơng pháp lọc 11.2. PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC Khử trùng bằng các phƣơng pháp vật lý nĩi trên cĩ ƣu 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp điểm là khơng làm thay đổi tính chất lý hĩa của nƣớc, khơng gây nên các hậu quả phụ nhƣng hiệu suất thấp, chất của chlorine thƣờng áp dụng ở quy mơ sản xuất nhỏ và các điều kiện kỹ thuật cho phép. 11.2.2. Khử trùng bằng ozone 11.2.3. Các phƣơng pháp hĩa học khác 58
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế 11.2.1.1. Bản chất của quá trình khử trùng bằng bào của vi sinh vật, sau đĩ phản ứng với men bên chlorine trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn Chlorine là một chất oxy hĩa mạnh, ở bất cứ dạng đến diệt vong tế bào. nào, nguyên chất hay hợp chất, khí chlorine tác dụng Tốc độ phản ứng quá trình khử trùng qua vỏ tế với nƣớc đều cho các phân tử hypochloride acid HOCl, bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào. một hợp chất cĩ năng lực khử trùng rất mạnh. Quá trình hủy diệt vi sinh vật xảy ra qua hai giai đoạn. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Khi cho chlorine tác dụng với nƣớc, phản ứng đặc trƣng xảy ra là quá trình thủy phân chlorine, tạo thành ố ộ ử ồ ộ ủ ấ T c đ quá trình kh trùng tăng khi n ng đ c a ch t acid hypochlorine và acid chlohydric: khử trùng và nhiệt độ của nƣớc tăng, ngồi ra tốc độ khử trùng cịn phụ thuộc vào dạng khơng phân ly của Cl2 + H2O HOCl + HCl (1) chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào Và ở dạng phân ly ta cĩ: ả ơ ả x y ra nhanh h n c quá trình phân ly. + - - Cl2 + H2O 2H + ClO + Cl (2) Tốc độ khử trùng cũng cịn phụ thuộc vào cả ƣơ ự ấ ử hàm lƣợng các chất hữu cơ, các cặn lơ lửng và các T ng t , khi dùng chlorua vơi làm ch t kh trùng, ta ả ứ chất khử khác. Khi trong nƣớc cĩ hàm lƣợng cao của cĩ ph n ng sau: các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng sẽ giảm đi Ca(OCl)2 + H2O CaO + 2HOCl (3) ể đáng k . 2HOCl 2H+ + 2ClO- (4) 59
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Quan hệ giữa thành phần HOCl và ClO- và giá trị pH Nhƣ đã nĩi, khả năng diệt trùng của chlorine cĩ trong của mơi trường nƣớc, mà quá trình phân ly HOCl theo các phản ứng 2 100% + và 4 nĩi trên lại phụ thuộc vào nồng độ H , tức là phụ ClO- thuộc vào pH của mơi trƣờng. Hình 1 thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ ion ClO- và nồng độ HOCl theo các giá trị pH khác nhau. Qua quan sát ngƣời ta nhận thấy, khi pH tăng thì nồng độ HOCl giảm, nồng độ ion ClO- tăng và chúng chỉ HOCl xảy ra cân bằng khi pH = 7. 4 5 6 7 8 9 10 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Quan hệ của các thành phần Cl2, HOCl và ClO- phụ Khi cho chlorine trực tiếp phản ứng với nƣớc theo thuộc vào giá trị pH. phƣơng trình 2 nĩi trên, ngƣời ta cũng nhận thấy rằng, quá trình thủy phân xảy ra theo hai chiều phụ 100 thuộc vào giá trị pH của mơi trƣờng. 80 - Thành phần của Cl2, HOCl và ClO cĩ trong nƣớc 60 Cl2 HOCl ClO- phụ thuộc vào pH nhƣ trình bày ở Hình 2. 40 20 2 4 6 8 10 pH 60
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Với HOCl, giá trị của hằng số phân ly thay đổi từ Kết quả thực nghiệm cho thấy, quá trình thủy phân Cl2 1,5.10-8 ở 00C đến 2.10-8 ở 100C và 2,7.10-8 ở 250C. chỉ xảy ra hồn tồn khi pH > 4. Hằng số của quá trình thủy phân clorine trong nƣớc ở nhiệt độ 250C bằng. Tính theo hằng số phân ly ứng với các giá trị pH khác nhau, tỷ số nồng độ % giữa HOCl và ClO- thay đổi [HOCl] [H+][Cl-] khá mạnh. -4 K = = 4,05.10 (5) Bảng 1 trình bày mức độ phân ly của HOCl theo 0 [Cl2] các giá trị pH ở nhiệt độ 20 C. Do tác dụng khử trùng của các phân tử HOCl mạnh hơn nhiều so với các ion ClO- đều này giải thích tại sao khi ở pH thấp, tức là khi hàm lƣợng HOCl lớn hơn hàm lƣợng ClO- rất nhiều thì hiệu quả khử trùng đạt đƣợc cao. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Mức độ phân ly của HOCl phụ thuộc vào pH ở 200C Hình 3 cho thấy HOCl khơng phân ly là thành phần khử trùng chính trong nƣớc, thành phần này chỉ cĩ giá trị cao ở pH thấp, điều đĩ cũng nĩi lên rằng quá trình pH 5 6 7 8 9 10 11 dùng chlorine để khử trùng nƣớc chỉ cĩ đƣợc hiệu ClO- % 0,05 0,50 2,50 21,00 97,00 99,50 99,90 quả cao khi tiến hành ở pH thấp. HOCl% 99,95 99,50 97,50 79,00 3,00 0,50 0,70 61
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Hình 3. Nồng độ HOCl khơng phân ly và tỷ lệ vi trùng E.coli bị 170 diệt sau 30 phút theo các giá trị pH khác nhau % 140 100 Thời gian để giảm 80 Hình 4. Quan hệ của 99% E.coli 100 pH và thời gian khử trong nước khi dư 60 trùng cần thiết lượng chlorine tự 60 do là 0,1 40 mg/l (phút) 20 20 5 6 7 8 9 10 11 2 4 6 8 10 12 pH của nước pH của nước 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Sản phẩm monochloramin và dichloramin sinh thành tùy Xét về kết qủa theo thời gian, để tiêu diệt đƣợc 99% số vi thuộc vào trị số pH của mơi trƣờng. Trị số pH càng cao, trùng E.coli cĩ trong nƣớc với liều lƣợng 0,1 mg/l lƣợng chlorine kết hợp để tạo thành dichlorine càng chlorine tự do, thời gian cần thiết tăng từ 6 phút thì pH = thấp và nồng độ monochloramin càng cao. 6 đến 180 phút khi pH = 11. Khi trong nƣớc cĩ mặt ammoniac hoặc các hợp chất cĩ Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, năng chứa nhĩm ammonia, chúng cĩ thể tác dụng với chlorine lực diệt trùng của monochloramin thƣờng thấp hơn so acid hypochloride hoặc ion hypochloride để sinh thành các với năng lực diệt trùng của dichloramin vào khoảng 3 – 5 hợp chất chloramin theo các phản ứng sau: lần, cịn so với chlorine, năng lực diệt trùng của dichloramin lại thấp hơn từ 20 – 25 lần. HOCl + NH3 NH2Cl + H2O monochloramin Chính điều đĩ giải thích tại sao quá trình khử trùng lại xảy ra cĩ hiệu quả hơn khi trị số pH của mơi trƣờng HOCl + NH2Cl NHCl2 + H20 (6) thấp. HOCl + NHCl2 NCl3 + H2O 62
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Hàm lượng chlorine dư tối thiểu để diệt trùng trong 11.2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử hồn tồn trùng nước bằng chlorine Ảnh hưởng của pH pH Lượng chlorine dư tối thiểu (mg/l) Chlorine tự do sau 10 Chlorine hoạt tính kết Nhƣ ta thấy, yếu tố pH là một yếu tố quan trọng quyết phút tiếp xúc hợp dạng chloramin sau định hiệu quả của quá trình khử trùng bằng chlorine. 60 phút tiếp xúc Khi pH tăng, hiệu quả khử trùng giảm. Bảng 2 6 – 7 0,2 1,0 dƣới đây cho các kết quả thực nghiệm xác định lƣợng 7 – 8 0,2 1,5 chlorine dƣ tối thiểu cần thiết ứng với các giá trị pH 8 – 9 0,4 1,8 khác nhau để diệt trùng hồn tồn. 9 – 10 0,8 - > 10 > 1,0 - 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Ảnh hưởng của nhiệt độ Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ khử trùng đƣợc biểu diễn qua mối quan hệ sau Nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt giảm, đồng thời chuyển động nhiệt tăng lên, quá trình khuếch tán chất t1 E(T2 – T1) khử trùng qua vỏ tế bào sinh vật tăng và quá trình khử lg = (9) trùng đạt hiệu quả cao hơn. t2 R.T2.T1 So với chlorine, chloramin chịu ảnh hƣởng của Trong đĩ: t1, t2 là thời gian tiếp xúc (phút) cần nhiệt độ mạnh hơn. để diệt trùng trong nƣớc, đến mức yêu cầu 0 tƣơng ứng ở nhiệt độ T1 và T2 tính theo K; E là năng lƣợng hoạt hĩa của khử trùng; R là hằng số chất khí, R = 1,99 kcal/độ. 63
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Ảnh hưởng của nồng độ Phƣơng trình trên cịn cĩ thể viết nhƣ sau: Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tiếp xúc cần thiết sẽ giảm xuống và mối quan hệ này đƣợc lgt = lgK – nlgC (11) biểu thị qua quan hệ sau: Nhƣ vậy lgt là hàm số tuyến tính phụ thuộc vào lgC và Cn.t = K (10) tang gĩc nghiêng của đƣờng biểu diễn hàm số lgt cĩ giá trị của số mũ n. Với chloramin, n nằm trong giới Trong đĩ: C là nồng độ chất khử trùng; hạn 0,5 – 1,5. t là thời gian cần thiết để khử trùng đến một giới hạn nhất định; n là số mũ; K là hằng số quá trình. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Nếu coi n = 1, từ (10) ta thấy khả năng diệt trùng của 10.2.1.3. Khử chlorine dư trong nước ỷ ệ ị ớ ứ ộ ủ chlorine t l ngh ch v i m c đ pha lỗng c a nĩ. Khử dƣ lƣợng chlorine trong nƣớc khi clo hĩa với liều Khi nồng độ chlorine giảm hai lần, thời gian cần lƣợng cao cĩ thể dùng phƣơng pháp hĩa học, khử thiết phải tăng lên 2 lần. chlorine thành chloride hoặc dùng phƣơng pháp vật lý, ấ ụ ằ ạ ặ Đối với quá trình oxy hĩa phenol, n = 6 và do vậy h p th chlorine b ng than ho t tính ho c làm thống ề ặ khi nồng độ giảm xuống 2 lần thì thời gian tiếp xúc b m t. phải tăng lên 26 = 64 lần. 64
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Khử chlorine bằng hĩa chất nhƣ dùng SO2, Na2SO3, Để khử 1 mg chlorine dƣ cần 3,05 mg Na2SO3 tinh thể Na2S2O3 theo các phản ứng sau: hoặc 0,85 mg Na2S2O3.5H2O. Ngƣời ta thƣờng sử dụng ƣơ ạ ầ ạ ừ Cl + SO + 2H O 2HCl + H SO Na2S2O3 th ng m i cĩ thành ph n ho t tính t 30 – 2 2 2 2 4 50%. Cl2 + Na2SO3 + H2O 2HCl + Na2SO4 (12) Trƣớc khi cho Na2S2O3 vào nƣớc cần hịa tan 4Cl2+Na2S2O3+5H2O 2NaCl+6HCl+2H2SO4 thành dunh dịch cĩ nồng độ 1 – 2% rồi định lƣợng cho Acid chlohydric và acid sulphuric hình thành đƣợc vào nƣớc. trung hịa bằng độ kiềm dƣ của nƣớc. Để khử hết 1 Lƣợng Na2S2O3 sử dụng phải tính tốn đủ, mg chlorine dƣ cần đến 0,9 mg SO . 2 khơng để dƣ lƣợng vì Na2S2O3 dƣ trong nƣớc sẽ gây mùi vị khĩ chịu. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Ngồi phƣơng pháp sử dụng hĩa chất nĩi trên, ngƣời Phƣơng pháp làm thống chỉ khử đƣợc một ta cĩ thể dùng phƣơng pháp vật lý nhƣ dùng than phần chlorine dƣ hịa tan, cịn hypochloride do khơng hoạt tính để lọc chlorine dƣ. bay hơi nên phƣơng pháp này kém hiệu quả. Lớp lọc hấp phụ qua than hoạt tính cĩ chiều dày Khử chlorine và chloramin bằng phƣơng pháp 2 – 2,5 m, kích thƣớc hạt từ 1,5 – 2,5 mm, tốc độ lọc làm thống chỉ đạt đƣợc hiệu quả khi pH của mơi 20 – 30 m/h. trƣờng nhỏ hơn 5. Việc tái sinh than hoạt tính khi nĩ đã hết khả năng hấp phụ chlorine đƣợc tiến hành bằng rửa qua dung dịch kiềm nĩng hoặc acid hypochloride. 65
4/17/2010 ử ằ 11.2.1. Kh trùng b ng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và ợ ấ ủ các h p ch t c a chlorine các hợp chất của chlorine 10.2.1.4. Các hĩa chất khử trùng gốc chlorine Độ hịa tan của chlorine trong nước ở các nhiệt độ Phần lớn quá trình khử trùng dùng chlorine nguyên khác nhau. chất, ở điều kiện thƣờng đĩ là chất khí cĩ màu vàng Áp suất Độ hịa tan của chlorine trong nƣớc theo nhiệt độ lục, mùi khĩ chịu và rất độc. mm Hg (0C), mg/l 0 Ở 150 C và áp suất 5,75 atm, chlorine hĩa lỏng, 0 10 20 30 40 50 90 cĩ trọng lƣợng riêng là 1,43 kg/l, nhiệt dung riêng 200 4,8 3,3 2,7 2,3 2,1 1,8 1,4 0,2262 kcal/kg.độ. 500 6,9 5,3 4,3 3,6 3,1 2,2 Độ hịa tan của chlorine trong nƣớc phụ thuộc 700 9,65 7,3 5,8 4,8 4,0 2,8 vào nhiệt độ và áp suất riêng phần của nĩ trên bề mặt 1.000 9,0 7,3 5,9 5,0 3,3 chất lỏng. Bảng 3 cho biết các số liệu về độ hịa tan 2.000 17,0 13,0 10,2 8,4 5,2 của chlorine trong nƣớc. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Khi áp lực bằng 1 atm và nhiệt độ nƣớc 100C, một lít 10.2.1.5. Sử dụng calcium hypochloride Ca(OCl)2 ƣớ ƣợ n c hịa tan đ c 3 lít khí chlorine (9,65 mg). Calcium hypochloride là sản phẩm của quá trình bão Trong kỹ thuật xử lý nƣớc, thƣờng ngƣời ta sử dụng hịa dung dịch sữa vơi với chlorine. ỏ ố ơ ồ ế chlorine l ng, cho b c h i r i ti n hành hịa tan vào Theo lý thuyết thì 1 kg Ca(OCl) sạch chức 49,6% nƣớc qua thiết bị đặc biệt gọi là chlorator. 2 Cl2, trong sản phẩm thƣơng mại, hàm lƣợng chlorine hoạt tính chỉ cĩ từ 30 – 45% Ca(OCl)2 khơng hút ẩm, cĩ thể bỏ quản lâu trong kho tối, khơ ráo mà khơng bị giảm độ hoạt tính. 66
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Chlorua vơi là sản phẩm của quá trình phản ứng Chlorine dioxide ClO2 là chất khí màu xanh, dễ hịa tan chlorine với vơi tơi, trong chlorua vơi cũng cĩ thể cĩ trong nƣớc và kém bền dƣới ánh sáng. chứa đến 40 – 45% calcium hypochloride với lƣợng ClO thƣờng dùng để khử trùng nƣớc cĩ chứa chlorine hoạt tính từ 20 – 25%. 2 phenol hoặc cĩ hàm lƣợng chất hữu cơ cao, do khơng Chlorua vơi dễ hút ẩm và phân hủy khí chlorine phản ứng tạo ra chlorinephenol. nên cần đƣợc bảo quản khơ ráo, cẩn thận. 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine các hợp chất của chlorine Chlorine dioxide đƣợc sản xuất trực tiếp tại chỗ 10.2.1.6. Sử dụng natri hypochloride NaClO bằng cách sục khí chlorine vào dung dịch natri chloride Đây là hĩa chất đã từng đƣợc sử dụng phổ biến rộng rãi, hay calcium chloride đã đƣợc acid hĩa: dung dịch NaClO đƣợc điều chế bằng cách điện phân muối ăn hoặc phản ứng trực tiếp chlorine với dung dịch NaOH. 2NaClO2 + Cl2 2ClO2 + 2NaCl Hàm lƣợng chlorine hoạt tính phụ thuộc vào điều Ca(ClO2)2 + Cl2 2ClO2 + CaCl2 (3) kiện phản ứng và cĩ thể cĩ từ 6 – 8 g/l khi sử dụng quá trình Theo thực nghiệm, cứ 1 kg natri chloride và 400 g điện phân hoặc cĩ thể cao hơn khi sử dụng phản ứng trực chlorine khí tạo ra đƣợc 450 g. ClO2 ở dạng dung dịch. tiếp chlorine với dung dịch NaOH. Khả năng diệt trùng của ClO2 ở pH = 7 tƣơng đƣơng Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp, dung dịch NaClO chlorine. dễ phân hủy, tạo khí Cl2 và gây ơ nhiễm mơi trƣờng. 67
4/17/2010 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine 11.2.1. Khử trùng bằng chlorine và các hợp chất của chlorine Hình Tính tốn lượng Chlorine sử dụng 11.2.2. Khử trùng bằng ozone 11.2.2. Khử trùng bằng ozone Khử trùng bằng ozone là phƣơng pháp khá tiên tiến và Ngƣời ta đã quan sát thấy rằng, với lƣợng ozone ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi. dƣ bằng 0,45 mg/l, chỉ sau 2 phút siêu vi trùng cĩ thể bị ệ ả ầ ế Ozone trong nƣớc khơng chỉ đơn thuần phá hủy tiêu di t, trong khi đĩ ph i c n đ n 1 mg/l chlorine và ờ ế ế ờ men tế bào vi sinh vật mà nĩ cịn cĩ khả năng phá hủy th i gian ti p xúc đ n 3 gi . cả nguyên sinh chất của tế bào, trong khi chlorine chỉ cĩ Với các vi khuẩn dạng bào tử, so với chlorine, thể phá hủy men tế bào. ozone cĩ tác dụng mạnh hơn từ 300 – 600 lần. Với các siêu vi trùng là các vi khuẩn khơng cĩ men Ngồi ra, ozone cịn cĩ khả năng oxy hĩa các hợp thì ozone cĩ hiệu quả tác dụng hơn hẳn chlorine. chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị, trong nƣớc tốt hơn chlorine. 68
4/17/2010 11.2.2. Khử trùng bằng ozone 11.2.2. Khử trùng bằng ozone Trong nƣớc, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân Ozone là chất khí cĩ màu ánh tím, hĩa lỏng ở nhiệt độ - tử và oxy nguyên tử. Tốc độ phân hủy của ozone trong 0 112 C. So với chlorine, ozone ít hịa tan trong nƣớc và nƣớc tăng theo nồng độ muối, pH và nhiệt độ. độ hịa tan trong nƣớc của ozone cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Ozone cĩ khả năng oxy hĩa phenol và khơng để lại mùi vị gì. Ozone cĩ khả năng oxy hĩa nhanh các ion Bảng 3. Các thơng số về độ hịa tan của ozone theo Fe2+, Mn2+, S2-, NO -, nhƣng lại khơng oxy hĩa NH +, đĩ nhiệt độ 2 4 là điều khác hẳn với chlorine. Nhiệt độ Độ hịa tan của ozone Đối với các hợp chất chất hữu cơ, ozone cĩ khả năng 00C 1,42 g/l oxy hĩa trực tiếp các mối liên kết đơi C = C. 100C 1,04 g/l 300C 0,45 g/l 11.2.2. Khử trùng bằng ozone 11.2.2. Khử trùng bằng ozone Trong nƣớc, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân Đối với các hợp chất chất hữu cơ, ozone cĩ khả năng tử và oxy nguyên tử. Tốc độ phân hủy của ozone trong oxy hĩa trực tiếp các mối liên kết đơi C = C. ƣớ ồ ộ ố ệ ộ n c tăng theo n ng đ mu i, pH và nhi t đ . Sản phẩm của quá trình ozone hĩa thƣờng là các chất Ozone cĩ khả năng oxy hĩa phenol và khơng để giàu oxy và giảm phân tử lƣợng các hĩa chất. lại mùi vị gì. Ozone cĩ khả năng oxy hĩa nhanh các ion 2+ 2+ 2- - + Fe , Mn , S , NO2 , nhƣng lại khơng oxy hĩa NH4 , đĩ là điều khác hẳn với chlorine. 69
4/17/2010 11.2.2. Khử trùng bằng ozone 10.2.3. Các phƣơng pháp hĩa học khác Ngồi các phƣơng pháp sử dụng chlorine hoặc ozone, Ƣu điểm của quá trình khử trùng bằng ozone là thời ngƣời ta cịn cĩ thể sử dụng phƣơng pháp khử trùng gian tác dụng nhanh, hiệu quả khử trùng cao với các trùng bằng iodine hoặc bằng ion của các kim loại nặng. lồi vi khuẩn, virus. Iodine là chất oxy hĩa mạnh nhƣng khĩ tan nên Ozone là nguồn nguyên liệu dễ sản xuất. Ozone thƣờng đƣợc sử dụng ở dạng dung dịch bão hịa. cĩ khả năng tạo lắng cặn các chất hữu cơ, tăng độ phân cực và nhất là khơng tạo ra các chất Cũng nhƣ các khí khác, độ hịa tan của iodine trihalogenmetan (THM) gây độc nhƣ khi dùng chlorine. trong nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp khử trùng dùng Khi pH của mơi trƣờng nhỏ hơn 7, lƣợng iodine ozone là giá thành đầu tƣ cho hệ thống cao, cần bƣớc cần dùng thƣờng khoảng 0,3 - 1 mg/l. Trong thực tế xử lý tiếp theo nhất là cần xử lý sinh học. ngƣời ta thƣờng dùng iodine để khử trùng các bể bơi. 10.2.3. Các phƣơng pháp hĩa học khác 10.2.3. Các phƣơng pháp hĩa học khác Các ion kim loại nặng, ở nồng độ rất thấp cũng cĩ thể Nồng độ diệt trùng của các ion kim loại năng tiêu diệt đƣợc các vi sinh vật và các rong tảo sống trong nƣớc. Kim loại Nồng độ cần thiết để diệt (mg/l) ả ế ồ ộ ủ ộ ố ạ B ng 4 cho bi t n ng đ c a m t s ion kim lo i E.coli Rêu, tảo nặng cĩ khả năng tiêu diệt vi trùng và rêu tảo. Ag 0,04 0,05 Cu 0,08 0,15 Cd 0,15 0,10 Cr 0,70 0,70 Zn 1,40 1,40 70
4/17/2010 10.2.3. Các phƣơng pháp hĩa học khác Chƣơng 12. QUÁ TRÌNH HAP THU – CHUNG Diệt trùng bằng ion kim loại nặng địi hỏi thời gian tiếp CẤT – TRÍCH LY xúc lâu. Tự học Ví dụ, khi sử dụng Ag với nồng độ 0,03 mg/l để khử trùng nƣớc ở pH = 7,5 và nhiệt độ 150C, thời gian để khử 99% vi trùng là 177 phút. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng khá tốn kém và khi hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc cao dễ gây ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời. Chƣơng 13. CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ CHƢƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG Tự học 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN. 1.2. MƠ HÌNH SỰ SINH TRƢỞNG VI KHUẨN 1.3. HOẠT TÍNH CỦA SINH KHỐI VI KHUẨN 1.4. SỰ LOẠI BỎ CHẤT NỀN 71
4/17/2010 CHƢƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN 1.5. VI KHUẨN ƢA KHÍ, VI KHUẨN KỲ KHÍ Nếu mơi trƣờng thích hợp thì sau khi cấy vi khuẩn sẽ 1.6. ĐỘ ĐỘC HẠI, SỰ ỨC CHẾ phát triển cho đến khi các chất dinh dƣỡng cạn kiệt. Đƣợc thiết lập trong điều kiện nhiệt độ, pH, là các 1.7. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC BỂ PHẢN hằng số, Hình 1.1 biểu diễn sự biến đổi của X-mật độ ỨNG SINH HỌC vi khuẩn theo thời gian t và theo khối lƣợng riêng. 1.8. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT NỀN Cĩ nhiều giai đoạn xảy ra liên tiếp khác nhau: 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN Hình 1.1. Sự sinh trưởng của cấy vi khuẩn Giai đoạn tiềm tàng Trong giai đoạn này tế bào tổng hợp các enzyme cần thiết x cho sự chuyển hĩa các chất nền. x f Giai đoạn này quan trọng khi mà nƣớc khơng đƣợc cấy x2 vi khuẩn trƣớc, đĩ cĩ thể là trƣờng hợp của một số chất thải cơng nghiệp. Trong suốt giai đoạn này, khơng cĩ sự 1 2 3 4 5 tái tạo tế bào. X = Cte = X0 x1 x0 Trong đĩ: X là mật độ tế bào ở thời điểm t = 0; Nhƣ vậy tốc độ sinh trƣởng bằng 0: t dX/dt = 0 72
4/17/2010 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN Giai đoạn sinh trưởng theo số mũ Chúng ta cĩ phƣơng trình sau: Giai đoạn này đạt đƣợc khi tỷ lệ tái tạo tế bào đạt tới mức dX 1 cao nhất và giữ khơng đổi với nồng độ khơng hạn chế . = m của chất nền. dt X Với m là tỷ lệ sinh trƣởng cực đại hoặc: Giai đoạn này đƣợc đánh giá bởi thời gian sinh trƣởng tg hoặc là gấp đơi số lƣợng vi khuẩn tối thiểu. X2 Log =  (t – t ) Trong giai đoạn này, tốc độ sinh trƣởng dX/dt tăng tỷ lệ m 2 1 X thuận với X (từ đĩ cĩ đƣợc đƣờng cong số mũ). 1 tg đƣợc xác định với X2 = 2X1: Trên trục tung bán logarithm, đƣờng cong này cĩ dạng Ln2 0,693 của một đƣờng thẳng. tg = = m  1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN Giai đoạn chậm dần Giai đoạn ổn định Giai đoạn này tƣơng ứng với sự cạn kiệt của mơi trƣờng X đạt tới trị số cực đại Xmax. nuơi cấy cùng với sự biến mất của một hoặc nhiều phần Sự sinh trƣởng dừng lại ngay cả khi các tế bào vẫn cịn tử cần thiết cho sự sinh trƣởng vi khuẩn. một hoạt động chuyển động nào đĩ. Trong một số trƣờng hợp, giai đoạn chậm dần đƣợc gây ra bởi sự tích tụ của các sản phẩm ức chế sinh ra trong quá trình chuyển hĩa vi khuẩn. X tiếp tục tăng, nhƣng dX/dt lại giảm. 73
4/17/2010 1.1. SỰ SINH TRƢỞNG CỦA VI KHUẨN 1.2. MƠ HÌNH SỰ SINH TRƢỞNG VI KHUẨN Giai đoạn suy giảm (hoặc các giai đoạn nội sinh) Mức sinh trƣởng khối vi sinh sẽ ở giai đoạn chậm dần. Mật độ các tế bào giảm xuống vì các tế bào bị chết và tỷ lệ Mơ hình Monod là mơ hình cổ điển nhất nhƣng nĩ cũng là chết tăng lên: các tế bào bị chết vì các enzyme tự tiêu mơ hình quen thuộc nhất và đƣợc sử dụng nhiều nhất. hủy. Đĩ là mơ hình kinh nghiệm, rất gần với định luật Các giai đoạn này và các phƣơng trình biểu diễn chúng cĩ Michaelis – Menten cĩ liên quan tới các phản ứng giá trị trong mơi trƣờng ƣa khí và mơi trƣờng kỳ khí. enzyme: Giá trị của các hằng số khác nhau rõ ràng là phụ thuộc dX S vào các lồi vi sinh, phụ thuộc vào chất nền và phụ thuộc Mơ hình đƣợc viết nhƣ sau: = X , với  =  vào các đại lƣợng khác (nhiệt độ, pH). m dt K + S 1.2. MƠ HÌNH SỰ SINH TRƢỞNG VI KHUẨN 1.3. HOẠT TÍNH CỦA SINH KHỐI VI KHUẨN Trong các phƣơng pháp lên men, khối lƣợng các vi sinh vật Trong đĩ: S là nồng độ của dung mơi với chất nền là một thơng số quan trọng, đĩ là mức độ hoạt động của hạn chế sinh trƣởng; chúng mà ngƣời ta đang tìm cách tối ƣu hĩa tích số: K là giới hạn nồng độ mà trên giới hạn Khối lƣợng vi sinh x Hoạt tính đơn vị. đĩ thì tỷ lệ sinh trƣởng phụ thuộc Nhiều phƣơng pháp đã đƣợc đề xuất để đo hoạt tính của rất nhiều vào nồng độ chất nền. khối vi sinh nhƣ đo ATP (adenosine triphosphate), đo Hằng số này tƣơng ứng với giá trị của S hoạt tính khử hydro. khi  = 1/2max. Các phƣơng pháp đo nhịp thở, một lần nữa lại là phƣơng Nĩi chung giá trị của K rất nhỏ và trong suốt giai đoạn sinh pháp đƣợc sử dụng nhiều nhất. trƣởng theo số mũ  = max. 74
4/17/2010 1.3. HOẠT TÍNH CỦA SINH KHỐI VI KHUẨN 1.4. SỰ LOẠI BỎ CHẤT NỀN Phƣơng pháp đo hoạt tính khử hydro khơng đƣợc hồn Với một khối lƣợng vi sinh đã cho, tốc độ biến mất của chất chỉnh bởi kết quả phân tán cịn phƣơng pháp đo AND nền S theo thời gian cĩ nhiều dạng. Ngƣời ta thƣờng (acid desosyribonucleic) thì cách lấy liều lƣợng lại quá dùng khái niệm cấp phản ứng. dài và buồn tẻ. Một phản ứng bằng khơng nếu nhƣ: Các phƣơng pháp đo nhịp thở, một lần nữa lại là phƣơng dS/dt = Hằng số. pháp đƣợc sử dụng nhiều nhất. Điều đĩ cĩ nghĩa rằng tốc độ phản ứng khơng phụ thuộc vào nồng độ chất nền. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại cĩ dạng quan hệ: dS/dt = K.Sn. Ngƣời ta gọi đĩ là phản ứng cấp n. 1.4. SỰ LOẠI BỎ CHẤT NỀN 1.4. SỰ LOẠI BỎ CHẤT NỀN Khi xử lý nƣớc, tiến trình của S theo thời gian với một khối Ở thời gian đầu cĩ phản ứng cấp khơng. lƣợng vi sinh đã cho và khơng đổi, thƣờng cĩ dạng đƣờng cong nhƣ Hình 1.2 (Sự thải loại chất nền ) Sau đĩ khi nồng độ chất nền trở nên thấp hơn một giá trị nào đĩ thì cĩ sự thay đổi cấp phản ứng và nhƣ vậy cĩ sự S chậm dần của tốc độ biến mất chất nền. Điều đĩ cĩ nghĩa là những phần cuối cùng của chất nền thƣờng khĩ bị thải loại. Giai đoạn đầu tiên tƣơng ứng với những hiện tƣợng phức tạp của sự hấp thu sinh học và của sự kết bơng các chất keo; tiếp theo đĩ là sự biến mất chất nền liên quan đến t việc vi sinh đã sử dụng chất nền. 75
4/17/2010 1.5. VI KHUẨN ƢA KHÍ, VI KHUẨN KỲ KHÍ 1.5. VI KHUẨN ƢA KHÍ, VI KHUẨN KỲ KHÍ Cĩ 02 biện pháp xử lý sinh học đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc nhằm giảm các chất ơ nhiễm: Sơ đồ hĩa sự giảm độ đƣờng cĩ thể theo 2 phƣơng án sau: Biện pháp ƣa khí: Nếu nhƣ cĩ oxygen tham gia vào phản C6H12O6 → 6CO2 + 6H2O + 2,72 kJ/mol (650 cal/mol) ứng. Ƣa khí Biện pháp kỳ khí: Nếu nhƣ phản ứng xảy ra khi thiếu khơng C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4 + 0,144 kJ/mol (34,4 cal/mol) khí. Sau khi thốt ra, carbon hữu cơ tồn tại dƣới dạng CO2, CH4 và khối vi sinh. Kỳ khí 1.5. VI KHUẨN ƢA KHÍ, VI KHUẨN KỲ KHÍ 1.6. ĐỘ ĐỘC HẠI, SỰ ỨC CHẾ Tổng hợp 1 gram khối vi sinh với cùng lƣợng năng lƣợng Sự tiến triển tốt đẹp của quá trình lên men ƣa khí hay kỳ khí yêu cầu, tỷ lệ sinh sản của các pha ƣa khí cũng cao hơn địi hỏi các điều kiện mơi trƣờng khá nghiêm ngặt. các pha kỳ khí và quá trình suy giảm các chất cĩ chứa Trong các điều kiện đĩ, nhiệt độ và pH đĩng một vai trị carbon xảy ra nhanh hơn. quan trọng. Tuy nhiên, ở phƣơng thức kỳ khí, bùn đƣợc sản sinh ra Mơi trƣờng cũng khơng đƣợc chứa những chất độc hại ít hơn. hoặc những chất ức chế làm cho các hoạt động vi khuẩn Hình thức thiếu khí đƣợc mơ tả là thiếu oxy hịa tan. bị chậm hoặc bị dừng lại một cách khơng thuận nghịch. 76
4/17/2010 1.6. ĐỘ ĐỘC HẠI, SỰ ỨC CHẾ 1.6. ĐỘ ĐỘC HẠI, SỰ ỨC CHẾ Phần lớn các kim loại đều là các chất độc hại đối với vi Với các chất độc hại khác nhau, vi khuẩn cĩ sự nhạy cảm khuẩn, cụ thể: Cu, Cr, Ni, Zn, Hg và Pb. khác nhau. Các kim loại này phản ứng hoặc giữ nguyên một số Sự nhạy cảm này phụ thuộc vào trạng thái lý học của enzyme hoặc phá hủy bản chất một số enzyme, hoặc cuối chúng. Một số gốc vi khuẩn cĩ cùng khả năng giải độc cùng làm biến đổi tính thấm của màng tế bào. các xianua hoặc phenol. Các anion nhƣ các xianua, florua, asenat, cronat, và bicronat Trong thực tế, thƣờng một quá trình nuơi cấy vi khuẩn cĩ đều cĩ các phản ứng tƣơng tự. thể chấp nhận sự cĩ mặt một số chất độc hoặc chất hạn Các halogien và một số hợp chất hữu cơ cũng cĩ thể chế và do vậy làm giảm đi ngƣỡng độc hại. tham gia vào quá trình phân hủy bản chất các protein hoặc phân hủy các thành phần khác của tế bào. 1.6. ĐỘ ĐỘC HẠI, SỰ ỨC CHẾ 1.7. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC Một số kim loại cĩ thể đƣợc xác định cho kết bơng vi khuẩn dƣới dạng hợp chất hữu cơ – kim loại khơng tan mà khơng làm rối loạn sự sinh trƣởng vi khuẩn. 1.7.1. Sự sinh trƣởng lơ lửng và sinh trƣởng cố Tuy nhiên cần lƣu ý rằng nếu lƣợng kim loại cĩ trong định bùn vƣợt quá mức cho phép thì sẽ làm cho bùn khơng 1.7.2. Sự phân tán và thời gian lƣu thủy thể sử dụng lại cho nơng nghiệp đƣợc nữa. Khi vƣợt quá ngƣỡng cho phép thì chính bản thân một số chất chuyển hĩa trở thành chất ức chế các hoạt động vi khuẩn. 77
4/17/2010 1.7.1. Sự sinh trƣởng lơ lửng và sinh trƣởng cố định 1.7.2. Sự phân tán và thời gian lƣu thủy Giải pháp với vi khuẩn ở trạng thái lơ lửng Động học phản ứng Giải pháp với vi khuẩn ở trạng thái cố định Hệ số phân tán Thời gian lưu thủy 1.8. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT NỀN 1.8. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT NỀN Chất nền là một tập hợp gồm tồn thể các vật phẩm chứa Trong hầu hết nƣớc thải, các nguyên tố vết, các vitamin và trong nƣớc mà vi khuẩn cĩ thể sử dụng chúng để phát các hormon nĩi chung, cĩ nồng độ đủ để bảo đảm làm triển. sạch hồn tồn nƣớc. Các nguyên tố của chất nền cĩ thể đƣợc phân loại nhƣ sau: Điều đĩ cũng xảy ra với các nguyên tố K, S và Mg. - Các nguyên tố chiếm đa số: C, H, O và N; Ngƣợc lại, nƣớc cần xử lý cĩ thể khơng cĩ đủ phosphor, thậm chí cả nitrogen. Nhƣ vậy phải bổ sung các nguyên - Các nguyên tố chiếm thiểu số: P, K, S và Mg; tố này. - Các vitamin và các hormon; Tuy nhiên, sau đĩ cần phải loại bỏ các nguyên tố này để - Các nguyên tố vết hoặc các nguyên tố vi lƣợng (Co, Fe, tránh phú dƣỡng hĩa nguồn nƣớc. Ni, ). 78
4/17/2010 1.8. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT NỀN 1.8. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT NỀN Để nƣớc thải cĩ thể xử lý sinh học đƣợc, nĩ phải cĩ các đặc Sự ơ nhiễm bởi các chất hữu cơ chứa carbon tính thích hợp nhằm tăng vi khuẩn nhƣ giá trị pH, nhiệt độ và khơng cĩ các sản phẩm độc hại hoặc sản phẩm ức Sự ơ nhiễm nitrogen chế. Sự ơ nhiễm phosphor CHƢƠNG 2 SỰ SINH TRƢỞNG CỦA 2.1. SỰ SINH TRƢỞNG LƠ LỬNG (BÙN HOẠT TÍNH) VI KHUẨN HIẾU KHÍ 2.1.1. Định nghĩa 2.1. SỰ SINH TRƢỞNG LƠ LỬNG (BÙN HOẠT TÍNH) 2.1.2. Các mối quan hệ cơ bản để khử ơ nhiễm carbon hữu cơ 2.2. SỰ SINH TRƢỞNG GẮN KẾT 2.1.3. Quá trình nitrate hĩa và khử nitrate hĩa 2.1.4. Quá trình khử phosphor bằng sinh học 2.1.5. Sự ổn định hiếu khí 79
4/17/2010 2.1.1. Định nghĩa 2.1.1. Định nghĩa Phƣơng thức dùng bùn hoạt tính bao gồm chủ yếu hai giai Thực chất đĩ chỉ là việc thúc đẩy mạnh hơn những gì đoạn: xảy ra ở trong mơi trƣờng tự nhiên. - Giai đoạn cho nƣớc cần làm sạch tiếp xúc với các kết bơng Sự khác biệt ở đây là cĩ mật độ vi khuẩn cao hơn và do vi khuẩn cĩ oxygen (sục khí), tiếp theo là giai đoạn phân vậy địi hỏi một lƣợng oxygen lớn hơn. tách ra khỏi các kết bơng này (lọc trong). Thêm nữa, để duy trì sự hoạt động của vi khuẩn trong bể, cần phải cĩ sự khuấy trộn nhân tạo. 2.1.1. Định nghĩa 2.1.1. Định nghĩa 1 3 - Phƣơng pháp này ra đời vào năm 1914, khi hai nhà khoa học ngƣời Anh là Edward Ardern và William Lockett trình bày tại Hội Hĩa học Cơng nghiệp London với tựa 4 đề “Những kinh nghiệm về sự oxy hĩa nước thải khơng 6 dùng bộ lọc”. 2 Mãi cho đến cuối Thế chiến II, việc định hình các trạm lọc nƣớc vẫn cịn rất thận trọng. Điều này chỉ đƣợc thực hiện sau khi phát triển hệ thống 5 bể tổ hợp (cấp khơng khí, tiếp xúc oxygen, oxy hĩa nhanh) và phƣơng thức “hấp thụ sinh học hoặc tiếp xúc 7 ổn định) Hình 1.5. Sơ đồ đơn giản của một hệ thống bùn hoạt tính 1. Nước cần xử lý; 2. Bể sục khí; 3. Cung cấp oxygen và gây men; 4. Nước đã trong; 5. Thu hồi bùn; 6. Lọc trong; 7. Tháo bùn thừa 80
4/17/2010 2.1.1. Định nghĩa 2.1.1. Định nghĩa - Một bể sục khí, ở đĩ nƣớc cần xử lý tiếp xúc với các vi - Một thiết bị cung cấp oxygen vào khối vi khuẩn cĩ trong bể khuẩn làm sạch; sục khí; - Một bể lọc trong, ở đĩ thực hiện việc phân tách nƣớc đã lọc - Một thiết bị khuấy trộn trong bể sục khí. ra khỏi các vi khuẩn; Thiết bị này sẽ đảm bảo sự tiếp xúc tốt nhất giữa các vi - Một thiết bị đƣa bùn sinh học thu hồi ở bể lọc trong quay khuẩn và nƣớc cần xử lý, nhƣ vậy tránh đƣợc sự ngƣng về bể sục khí. Điều này cho phép duy trì trong bể sục khí đọng và tạo điều kiện cho oxygen khuếch tán đến mọi số lƣợng (hoặc mật độ) vi khuẩn cần thiết để đảm bảo độ nơi cần thiết. lọc sạch mong muốn; Thơng thƣờng ngƣời ta dùng chỉ một thiết bị vừa để sục - Một bộ thu hồi bùn dƣ thừa cũng cĩ nghĩa là thu hồi số vi khí, vừa để khuấy trộn. khuẩn tổng hợp thừa ra khỏi chất nền; 2.1.1. Định nghĩa 2.1.2. Các mối quan hệ cơ bản để khử ơ nhiễm carbon hữu cơ Ngƣời ta gọi bùn lơ lửng cĩ chứa các vi khuẩn làm sạch ở Nhu cầu oxygen và việc sản sinh bùn thừa dƣ trong bể sục khí là bùn hoạt tính. Các thơng số liên quan đến hoạt động của bể phản ứng sinh Việc cung cấp bùn hoạt tính cho trạm làm sạch nƣớc là một học đặc điểm quan trọng để phân biệt với các phƣơng thức khác. 81
4/17/2010 2.1.3. Quá trình nitrate hĩa và khử nitrate hĩa 2.1.4. Quá trình khử phosphor bằng sinh học Quá trình ammonia hĩa Quá trình kết tủa ngồi tế bào của phosphor vơ cơ Tích lũy nội tế bào polyphosphate do vi sinh của bùn hoạt tính Quá trình đồng hĩa Các yếu tố liên quan tới việc khử phosphate bằng sinh học Quá trình nitrate hĩa Quá trình nitrite hĩa 2.1.5. Sự ổn định hiếu khí 2.2. SINH TRƢỞNG GẮN KẾT Tự học Màng sinh học Bể lọc nhỏ giọt Bể lọc với lớp vật liệu hạt Các hệ thống khác 82
4/17/2010 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CHƢƠNG 3. SINH TRƢỞNG CỦA VI TẠO METHANOL KHUẨN KỲ KHÍ Việc lên men kỳ khí đƣợc tiến hành nhờ nhiều 3.1 SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ lồi vi khuẩn. TRÌNH TẠO METHANOL Trong những điều kiện nhất định của mơi 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN TẠO trƣờng (thế oxy hĩa khử khoảng – 250 mV, giá METHANOL trị pH gần nhƣ trung tính) các vi khuẩn này tạo 3.3. CÁC THƠNG SỐ ĐẶC TRƢNG CHO SỰ ra các nhĩm ổn định. PHÂN HỦY KỲ KHÍ Việc lên men là hồn tồn kỳ khí và từ đĩ 3.4. ỨNG DỤNG sản sinh ra methanol. 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TẠO METHANOL TẠO METHANOL Quá trình lên men xảy ra bình thƣờng trong tự nhiên khi các chất hữu cơ cĩ nồng độ cao và đƣợc giữ ở thế Sự methanol hĩa các chất hữu cơ xảy ra ở hệ sinh thái 0 0 kỳ khí nhƣ đầm lầy, trầm tích hồ). “lạnh” (10 – 15 C), “ơn hịa” (30 – 40 C) và thậm chí cả ở hệ sinh thái “nĩng” (> 450C). Từ một trƣờng hợp nhƣ đƣờng chẳng hạn, phƣơng trình chung của quá trình chuyển hĩa kỳ khí cĩ thể Cĩ thể sơ đồ hĩa các quá trình phân hủy vật đƣợc viết nhƣ sau: chất hữu cơ phức tạp trong điều kiện kỳ khí nhƣ sau (Hình 3.1). C6H12O6 + 0,2NH3 → 2,5CH4 + 2,5CO2 + 0,6H2O 83
4/17/2010 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TẠO METHANOL TẠO METHANOL Suspended growth: Anaerobic contact processes Hồ kỳ khí Attached growth : Anaerobic digestion Bể tự hoại Sludge blanket : Anaerobic packed and fluidized Bể Imhoff bed Lọc kỳ khí Hybrid : Upflow anaerobic sludge blanket UASB 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TẠO METHANOL TẠO METHANOL Chất hữu cơ phức tạp (đƣờng, protein, lipid, ) Quá trình thủy phân Chất hữu cơ đơn giản (oxide, protit, acid amin) Chuyển đổi các hợp chất cao phân tử khơng tan (lignin, carbohydrate, chất béo) thành các hợp chất Acid béo bay hơi phân tử thấp hơn. (propionat, butinat, ) Thời gian sinh trƣởng của các vi khuẩn ở giai đoạn này ngắn hơn ở các giai đoạn khác nhiều. H2, CO2 Acetate CH4, CO2 Hình 3.1. Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí 84
4/17/2010 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH 3.1. SINH HĨA VÀ SINH HỌC CỦA QUÁ TẠO METHANOL TRÌNH TẠO METHANOL Quá trình acid hĩa Quá trình methanol Chuyển đổi các hợp chất hịa tan cĩ phân tử thấp hơn Chuyển đổi acid dễ bay hơi và sản phẩm trung gian nhƣ các acid béo, acid amin và đƣờng thành CH4 và CO2. monosaccharides thành các sản phẩm trung gian cĩ phân tử thấp hơn nhƣ acid dễ bay hơi, alcohol, ammonia, H2 và CO2. 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN TẠO 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN TẠO METHANOL METHANOL Các vi khuẩn tạo metanol là loại hồn tồn kỳ khí. Sau đây là các lồi vi khuẩn chính: Chúng đƣợc đặc trƣng bởi sự tồn tại của các đồng enzyme hoặc của một nhân tố rất đặc biệt nhƣ F 420 Lồi Chất nền chẳng hạn. Methanobacterium H2/CO2 ặ ủ ấ Đ c tính huznh quang c a F 420 cho ta nhìn th y Methanobrevibacter H /CO rõ các vi khuẩn này ở kính hiển vi cĩ trang bị UV. 2 2 Methanococcus H2/CO2 Nhân tố F 430 thì lại cĩ Ni, một nhân tố cần thiết Methanosacrina H /CO /acetate cho sự tăng trƣởng của các vi khuẩn. 2 2 Methanothrix Acetate 85
4/17/2010 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA VI KHUẨN TẠO 3.3. CÁC THƠNG SỐ ĐẶC TRƢNG CHO SỰ METHANOL PHÂN HỦY KỲ KHÍ Thời gian để vi khuẩn sinh sản gấp đơi rất khác nhau và thay đổi tùy theo chất nền đƣợc dùng từ vài giờ 3.3.1. Khí sinh học cho vi khuẩn ƣa hydro hĩa đến vài ngày cho các vi 3.3.2. Việc sản sinh bùn khuẩn acetoclast. Hằng số tƣơng hợp cũng thay đổi rất nhiều tùy theo loại chất nền. Do vậy với một lƣợng acetate rất nhỏ các vi khuẩn Methanothrix dễ dàng xuất hiện trong hệ sinh thái kỳ khí. 3.3.1. Khí sinh học 3.3.1. Khí sinh học Thành phần của khí gas đƣợc tạo ra phụ thuộc vào Cĩ thể cĩ thêm các sản phẩm khác nhƣ H2S và thion chất nền và điều kiện hoạt động của các chất lên men tạo ra từ lƣu huznh hoặc lƣu huznh hữu cơ cĩ trong (lƣợng nƣớc vào, thời gian ủ). chất thải; NH3 tạo ra từ các protein của vi khuẩn. Một cách gần đúng nhất cĩ thể nhận các trị số sau đây: Các thành phần này gây ra mùi khĩ chịu đặc trƣng cho khí gas. CH4: 55 – 75%; H2: 1 – 5%; CO2: 25 – 40%; N2: 2 – 7%. Lƣợng CH4 đƣợc tạo ra cũng phụ thuộc vào chất nền. Bảng sau đây cho ta một số chỉ tiêu. Khi phân hủy bùn, lƣợng methanol sinh ra khoảng 0,6 – 0,65 m3/kg MV suy giảm. 86
4/17/2010 3.3.2. Việc sản sinh bùn 3.4. ỨNG DỤNG Khi xử lý nƣớc thải cơng nghiệp, lƣợng vi sinh dƣ Tự học thừa vào khoảng 0,10 – 0,15 kg các chất thơ (MS)/kg COD hịa tan bị khử. Trị số này nhỏ hơn so với trị số cĩ đƣợc khi xử lý ƣa khí. Tùy theo lƣợng nƣớc vào, nĩ dao động trong khoảng 0,2 – 0,4 kg MS/kg COD hịa tan bị khử. Đĩ là một trong những ƣu việt của giải pháp kỳ khí 3 Chất nền Lƣợng CH4 đƣợc sản xuất (m /kg chất nền) Đƣờng 0,42 – 0,47 Protein 0,45 – 0,55 Chất béo 1 CHƢƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP TĂNG QUÁ TRÌNH DIỄN RA TRÊN DiỆN RỘNG Tự học 87